[发明专利]油菜抗三唑嘧啶磺酰胺类除草剂基因及其应用

说明书

本发明提供了油菜抗三唑嘧啶磺酰胺类除草剂基因及其应用。更具体地，本发明提供了耐受三唑嘧啶磺酰胺类除草剂的油菜植物及其部分、抗性基因、突变蛋白及其应用。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体地，涉及油菜抗三唑嘧啶磺酰胺类除草剂基因及其应用。更具体地，本发明涉及耐受三唑嘧啶磺酰胺类除草剂的油菜植物及其部分、抗性基因、突变蛋白及其应用。

背景技术

油菜是我国播种面积最大，地区分布最广的油料作物。我国是世界上生产油菜籽最多的国家。油菜生产过程中一类重要的生物危害是农田杂草，其不但与油菜作物争水争肥争光，而且改变油菜作物田间小气候，甚至有些杂草还是油菜作物病虫害的中间寄主，加快病虫害的蔓延，严重影响了油菜作物产量和品质。然而，人工除草费时、费力，增加生产成本。因此，应用除草剂防治田间杂草成为人们的必然选择。

除草剂主要是通过抑制或干扰植物关键的代谢过程而抑制植物生长或杀死植物。以氨基酸生物合成过程中的关键酶为靶标，是研发新型高效除草剂的一个重要方向和热点。以乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase，ALS；EC2.2..16)为靶酶开发的除草剂，己经成为新型高效除草剂的主流产品。ALS是催化支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)生物合成第一步的酶。ALS抑制剂类除草剂能抑制植物细胞内的ALS酶活性，阻碍支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)生物合成，从而抑制植物细胞的分裂和生长。已研制开发的乙酰乳酸合酶抑制剂主要有磺酰脲类、咪唑啉酮类、嘧啶水杨酸类、三唑嘧啶磺酰胺类(triazolopyrimidines，TP)等除草剂。

在众多的乙酰乳酸合酶抑制剂中，三唑嘧啶磺酰胺类除草剂自20世纪90年代开发成功以来发展非常迅速，已报道了近10个商品化的品种，主要有双氟磺草胺、唑嘧磺草胺、双氯磺草胺、五氟磺草胺等。三唑嘧啶磺酰胺类除草剂的作用机制与磺酰脲类除草剂类似，是典型的乙酰乳酸合酶抑制剂。三唑嘧啶磺酰胺类除草剂使植物体内ALS活力降低，缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸的合成受到抑制，影响蛋白质的合成从而导致植物生长停止而死亡。植物根与叶均吸收药剂，在体内周身传导，积累于分生组织，抑制细胞分裂。杂草受害的典型症状是：叶片中脉失绿，叶脉褪色，叶片白化或紫化，节间变短，顶芽死亡，最终全株死亡而起到杀死杂草的目的。

研究发现，ALS上氨基酸替换发生的位点及其位点处替换氨基酸不同产生的抗性功能存在显著差异(Yu Q,Han HP,Martin M,Vila-Aiub,Powles SB.AHAS herbicideresistance endowing mutations:effect on AHAS functionality and plant growth.JExp Botany,2010,61:3925-3934)。不同位点氨基酸替换产生的ALS抑制剂除草剂抗性效应存在显著差异，同时不同位点突变对其它ALS抑制剂除草剂存在比较复杂的交互抗性关系。

本领域需要获得相对于强生命力的杂草具有生长优势的油菜植物，需要获得可耐受三唑嘧啶磺酰胺类除草剂的非转基因油菜植物。

发明概述

本发明解决了这种需要，并提供了突变的乙酰乳酸合酶(ALS)核酸和这些突变的核酸编码的蛋白。本发明还涉及包含这些突变核酸和蛋白的油菜植物、细胞和种子，所述突变赋予油菜植物对于三唑嘧啶磺酰胺类除草剂的耐受，其中所述ALS基因编码的ALS多肽在其位置556处含有不同于色氨酸的氨基酸并且在其位置179处含有不同于脯氨酸的氨基酸。在优选的实施方式中，所述ALS基因编码的ALS多肽具有选自下列的双重突变：W556L和P179S；W556L和P179T；W556L和P179L；W556L和P179A。在最优选的实施方式中，所述ALS基因编码的ALS多肽具有下列突变：W556L和P179S。

在一个实施方式中，本发明提供了编码突变的乙酰乳酸合酶(ALS3)的分离的核酸，所述突变的乙酰乳酸合酶(ALS3)蛋白包含如下的突变：