[发明专利]抗除草剂突变蛋白、核酸及其应用

说明书

本发明提供了抗除草剂突变蛋白、核酸及其应用，具体地，提供了抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用，具体地，本发明提供了一种突变的HPPD多肽，并且所述突变的HPPD多肽与亲本HPPD多肽相比，在对应于SEQ ID NO.1的第176位氨基酸发生突变。突变后的HPPD多肽对除草剂具有很强的耐受性，在提高和培育抗HPPD抑制性除草剂耐受性植物领域中具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于农业基因工程领域，涉及抗除草剂突变蛋白、核酸及其应用，具体涉及向植物赋予HPPD抑制性除草剂抗性或耐受性的新型突变型对羟苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)、其编码核酸以及应用。

背景技术

对羟基苯丙酮酸双加氧酶(4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase，HPPD，EC1.13.11.27)是生物体内酪氨酸代谢过程中重要的酶，几乎存在于所有需氧的生物体中，生物体内酪氨酸(Tyrosine)在酪氨酸氨基转移酶(Tyrosine aminotransferase,TAT)的作用下生成对羟基苯丙酮酸(p-hydroxyphenylpyruvic acid,HPPA)，在氧气的参与下HPPD能够将HPPA催化转化成尿黑酸(homogentisate，HGA)。在动物体内，HPPD的主要作用是促进酪氨酸、芳氨酸、苯丙氨酸的分解代谢。但在植物体内的作用与动物体内显著不同，尿黑酸进一步形成质体醌(plastoquinones)和生育酚(tocopherols，维生素E)(Ahrens et al.,2013)。生育酚起膜相关抗氧化剂的作用，是植物生长必须的抗氧化剂，能有效地增强植物的抗逆性。质体醌是植物进行光合作用过程中的关键辅助因子，促进植物体内类胡萝卜素等的合成。植物体中60％以上的叶绿素都结合于捕光天线复合物上，该复合物吸收太阳光能并将激发能传递给光合作用反应中心，而类胡萝卜素是反应中心的叶绿素结合蛋白和天线系统的重要组成部分，在植物光合作用中担负着光吸收辅助色素的重要功能，具有吸收和传递电子的能力，并在清除自由基方面起着重要作用。

HPPD受到抑制会导致植物细胞内的光合作用解偶联、辅助捕光色素缺乏，同时由于缺乏通常由类胡萝卜素提供的光保护作用，活性氧中间体和光氧化导致叶绿素破坏，结果造成植物光合作用组织产生白化症状，生长受到抑制，直至死亡(Beaudegnies et al.,2009)。

自20世纪90年代起被确定为除草剂靶标，HPPD是继乙酰乳酸合成酶(ALS)、5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)和乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)后又一重要的除草剂作用靶标，其独特的作用机制可以有效防治多种抗性杂草。HPPD类除草剂是近年来兴起的一类热销产品，具有高效、低毒、环境相容性好以及对后茬作物安全性高等一系列优点。研究发现植物与哺乳动物HPPD氨基酸序列的同源性存在显著差异，而同为植物界或者动物界的同源性比较高(Yang et al.,2004)。这为后续开发具有更高选择性和安全性的HPPD类除草剂提供了理论指导基础。目前，按结构分类已经开发了5种以HPPD为靶标的除草剂，主要包括三酮类、吡唑酮类、异噁唑类、二酮腈类和二苯酮类。

然而，这些HPPD抑制除草剂在杀死杂草的同时也会给作物带来一定的伤害，不同农作物对不同的HPPD除草剂的耐受程度不同，也限制了HPPD除草剂的使用范围，因此获得耐受除草剂的作物尤为重要。目前的策略除了试图绕过HPPD介导的尿黑酸产生外，还包括过表达该酶从而在植物中产生大量的除草剂靶标酶，减轻除草剂的抑制作用。虽然HPPD的过表达使得植物对除草剂(如异噁氟草的二酮腈衍生物)有更好的萌发前耐受性，但该耐受性不足以抵抗萌发后的除草剂处理。