[发明专利]一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用

说明书

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用。所述GS突变型基因编码蛋白的氨基酸序列存在如下突变：其对应于野生型水稻GS的氨基酸序列的第295位发生突变。利用CRISPR介导的单碱基编辑途径，使野生型水稻GS基因编码序列第884位点核苷酸发生突变，由G变成A，导致其相应编码的氨基酸序列的第295位点由精氨酸变为赖氨酸，从而获得GS突变型蛋白。将该GS突变型基因导入水稻基因组并使其表达，受体植物可以具有对草铵膦(Phosphinothricin，PPT，商品名Basta)除草剂抗性。

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用。

背景技术

随着中国产业结构的调整，大量农村青壮年劳动力向非农产业转移，传统的人工锄草越来越不现实，草害问题越来越突出。化学除草已成为现代农业中不可缺少的管理手段和我国广大农业生产者所依赖的除草方式。

草铵膦(Phosphinothricin，PPT，商品名Basta)是继草甘膦之后又一性能优良的灭生性除草剂，其在土壤中的半衰期为3～7天，具有活性高、毒性低、易分解、残留低和环境兼容性好等特点，可防治对草甘膦和百草枯有抗性的顽固杂草，且长期使用的环境安全也得到了肯定，具有良好的应用前景。在植物体内，PPT与GS结合后占据其反应中心，抑制了谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase，GS)活性，导致毒性积累和氨基酸代谢失衡，快速引起植株死亡。草铵膦的抗性基因Bar来自土壤吸水链霉菌，它编码膦丝菌素乙酰转移酶(phosphinothricin acetyltransferase，PAT)，PAT使膦丝菌素(phosphinothricin，PPT)的自由氨基乙酰化从而对PPT解毒，使之不能抑制的活性。目前培育抗草铵膦品种的主要方法是应用基因工程手段将来自细菌的抗草铵膦基因导入农作物中，从而培育出转基因抗草铵膦作物新品种，但转基因作物在全世界的接受程度仍然较低。

一些植物在自然条件下出现PPT耐受能力提升，这种自发产生的PPT天然抗性往往与GS活性相关。自然产生的抗PPT意大利黑麦草群体中研究同样发现，抗性植株的主效GS基因中均具有由一个G-to-A的单碱基替换，引起的D171N突变，而PPT造成GS酶活下降在抗性株中可缓解数百倍。但遗憾的是自然界中能够抗除草剂的作物类型很少。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用，目的在于解决现有技术中的一部分问题或至少缓解现有技术中的一部分问题。

本发明是这样实现的，一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体，所述突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

进一步地，编码所述氨基酸的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。

进一步地，所述氨基酸序列由野生型水稻日本晴GS的氨基酸序列在第295位发生突变、由精氨酸变为赖氨酸而得。

一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于：由野生型水稻日本晴GS的氨基酸序列在第295位发生突变、由精氨酸突变为缬氨酸、甘氨酸、精氨酸、丝氨酸、酪氨酸、脯氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、丙氨酸、谷氨酸中的任一种而得。

进一步地，由野生型水稻日本晴GS基因编码区的第884位核苷酸由G突变为T、C、A中的任一种。

如上述的一种具有草铵膦抗性的谷氨酰胺合成酶突变体在制备具有抗草铵膦抗性的植物中的应用。

进一步地，所述植物包括水稻。

进一步地，所述应用包括将所述突变体的基因通过转基因、杂交或回交的方法导入受体植物细胞。

进一步地，所述转基因的方法包括利用CRISPR介导的CBE单碱基编辑途径实现定点突变。