[发明专利]一种抗草甘膦EPSP合成酶MC1-EPSPS及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种抗草甘膦EPSP合成酶MC1‑EPSPS及其编码基因与应用。本发明人工改造合成的抗草甘膦基因MC1‑EPSPS序列,与原始EPSPS基因序列相比，大大增强了其在植物中的表达。本发明的抗草甘膦基因MC1‑EPSPS可在植物细胞中高效稳定的表达。将抗草甘膦基因MC1‑EPSPS导入烟草和玉米后，都可以得到稳定遗传的MC1‑EPSPS转化体，提高植物的草甘膦抗性。此外，该基因也可以转化大豆、棉花、水稻、蔬菜等农作物，使其具备相应的抗草甘膦活性，从而适用与少耕与免耕体系，加强了水分保持，大大减少了土壤流失，具有重要的经济价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体涉及一种抗草甘膦EPSP合成酶MC1-EPSPS及其编码基因与应用。

背景技术

草甘膦是一种内吸传导非选择性、广谱灭生性除草剂，具有理化、质稳定、高效、低毒、低残留、易被微生物分解，不破坏土壤环境等优点，已广泛应用于农业生产中，成为目前世界上生产量最大的农药品种。其相关作用机理是由于草甘膦是磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的类似物，因此草甘膦、莽草酸-3-磷酸、EPSP合成酶容易结合形成EPSP-S3P-草甘膦复合体(此复合体非常稳定)，阻止PEP与EPSP合成酶的结合，这样草甘膦就竞争性抑制莽草酸途径中5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)的活性，干扰生物体内芳香族氨基酸和一些芳香化合物的生物合成，导致生物死亡。

植物可以通过转化导入对草甘膦具有耐受能力的EPSPS基因而获得抗草甘膦的能力。根癌农杆菌CP4、荧光假单胞菌G2和沙门氏菌CT7的EPSPS已经在植物中得到广泛的验证和应用。随着抗除草剂基因克隆的发展，抗草甘膦转基因作物也相继问世并大面积推广应用，这些转基因作物具有如下优点：(1)所用除草剂品种广谱、选择性强、对环境友好、使用方便，特别适用于少耕与免耕体系，加强了水分保持，大大减少了土壤流失，并形成了有机物质来锁住土壤碳并减少二氧化碳排放；同时减少机械耕作，节约燃料能源；(2)减少除草剂总使用量，使防治杂草费用下降，有效地降低农业成本，增加农产品的经济效益；(3)解决了常规除草剂难以防治的特殊杂草问题，如稻田的野生稻、赤稻、宽叶臂形草、圆叶牵牛；小麦田的雀麦、莎草；大豆田的鸭趾草、纯叶决明以及寄生杂草；(4)解决土壤长残留性除草剂对后茬作物的伤害。转基因作物所使用的草甘膦无土壤残留，故对后茬作物十分安全。

从1996年转基因作物首次商业化至今，耐除草剂性状始终是转基因作物的主要性状。2016年，转基因作物耐除草剂单一性状被运用在了大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜以及苜蓿中，种植面积为8650万公顷，占全球转基因作物种植面积的47％，这其中大部分为抗草甘膦转基因作物品种。同时，2016年复合性状(抗虫、耐除草剂和其它性状的结合)转基因作物的种植面积呈上升趋势，占全球转基因作物种植面积的41％。因此，近年来包括美国和中国在内的国家草甘膦产量急剧增加还与系列转基因抗草甘膦品种的选育和大面积推广有直接的关系。

我国在转基因草甘膦作物方面的研究已取得一定进展，但目前尚无转抗草甘膦基因作物进入商品化阶段的报道。研究表明，由于细菌密码子偏好性与植物密码子偏好性有较大差异，如将来自细菌的EPSPS基因直接转化植物，其表达效率较低。因此，本领域有必要对来自微生物的抗草甘膦基因进行人工改造，以保证抗草甘膦基因能够在植物体内高效稳定表达。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗草甘膦EPSP合成酶MC1-EPSPS及其编码基因与应用。

本发明提供了一种5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶基因(命名为MC1-EPSPS基因)，为如下(a1)-(a4)中任一所述的DNA分子：

(a1)编码区如序列表中序列2所示的DNA分子；

(a2)序列表中序列2所示的DNA分子；

(a3)在严格条件下与(a1)或(a2)限定的DNA序列杂交且编码5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶的DNA分子；