[发明专利]水稻除草剂抗性ALS突变型蛋白、核酸及其应用

说明书

本发明公开了一种除草剂抗性ALS突变型蛋白，所述ALS突变型蛋白的氨基酸序列存在以下任意一种突变：其对应于水稻ALS第627位氨基酸由丝氨酸变为亮氨酸，或，其对应于水稻ALS第627位氨基酸由丝氨酸变为半胱氨酸。本发明还公开了所述的核酸以及表达盒、重组载体或细胞在植物抗除草剂方面的应用。本发明通过在田间喷施ALS抑制剂类除草剂“百垄通”的实验结果表明，分别含有本发明的两种具有除草剂抗性的ALS突变型蛋白的水稻3‑4叶幼苗在施用3.3 mL百垄通/L水后，植株仍然正常生长发育和结实，而野生型水稻3‑4叶幼苗在施用1 mL百垄通/3L水30天后表现为整株死亡。

技术领域

本发明属于植物蛋白和植物抗除草剂领域，涉及使植物具有除草剂抗性的水稻ALS 突变型蛋白、基因及其应用；具体而言，本发明涉及水稻的乙酰乳酸合成酶(ALS)突 变蛋白，该蛋白能赋予植物尤其水稻抗乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂的特性。本发明 公开了该蛋白的序列，以及它们在植物抗除草剂领域中的应用。

背景技术

杂草是制约农业生产稳产高产的不利因素。与传统依靠栽培措施、人工除草和机械 除草等方法相比，化学除草剂的使用是一种高效的、简便的和经济的治理杂草方法。

目前，以乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂氯磺隆，成为杂草防治技术和除草剂发展中的一大突破。该类除草剂使农田除草剂的用量大为减少，具有生物活性高、杀草谱广、 选择性强、对哺乳动物毒性低等优点。现已开发的ALS抑制剂主要有磺酰脲类、咪唑 啉酮类、磺酰脲类、嘧啶水杨酸类三唑并嘧啶类、嘧啶硫代笨甲酸酯类等。虽然ALS 抑制剂优点突出，但该类除草剂作用位点单一，杂草极易对其产生抗药性。随着除草剂 长期、高频率和大面积使用，随之出现的杂草抗药性问题也日趋严重。

乙酰乳酸合成酶(ALS)(也称乙酰羟酸合成酶，AHAS；EC 4.1.3.18)是支链氨基 酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸合成途径中第一阶段的一种关键酶，它可催化两分子的丙 氨酸缩合产生CO2及α-乙酰乳酸，进一步合成缬氨酸与亮氨酸。另外，可催化一分子 丙氨酸与一分子α-丁酮酸缩合，产生CO2及α-乙酰-α-羟基丁酸，促使异亮氨酸的合成。 ALS抑制剂是通过对乙酰乳酸合成酶的抑制而阻断直链氨基酸的生物合成，影响蛋白质 的合成，进一步抑制细胞分裂，导致植物组织失绿、黄化，植株生长受到抑制，最后逐 渐死亡，从而达到化学除草的目的。另外，杂草被施用ALS抑制剂后，杂草体内2-酮 丁酸的积累干扰了杂草蛋白的合成和光合作用产物的运输，也是导致杂草死亡的一个原 因。

ALS抑制剂类除草剂具有选择性强、杀草谱广、低毒高效等特点，目前已大面积推广使用。但这些除草剂对一般不具有抗(耐)除草剂特性的农作物本身也产生药害，极 大限制了其使用时间和使用空间，如需要在农作物播种前一段时间使用除草剂才能避免 农作物遭受药害。培育抗(耐)除草剂作物品种可减少作物药害、拓宽除草剂的使用范 围。

目前，抗ALS抑制剂类的作物主要限于抗咪唑啉酮类和抗磺酰脲类。其中所有抗咪唑啉酮类的作物均是通过诱变与组织培养而成。在水稻中已知的抗ALS抑制剂突变位 点包括Gly 95、Ala 96、Ala 122、Trp 548、Ser 627、Ser 653和Gly 654。ALS突变体抗 除草剂水平与ALS氨基酸突变的位置有关，还与突变后的氨基酸种类及突变氨基酸的 数目有关。

目前，ALS抑制剂类除草剂的作用机理尚未确定，很难提前预测ALS蛋白其它氨基酸位点的突变是否会产生除草剂抗性，只能依赖于科研人员长期、艰苦的实践探索，并 凭借一些运气才可能发现ALS蛋白新的除草剂抗性位点。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的第一个技术问题是提供使植物具有除草剂抗性的ALS 突变型蛋白。

本发明还要解决的技术问题是提供了编码该ALS突变型蛋白的核酸以及表达盒、载 体和细胞等。

本发明还要解决的技术问题是提供了获得具有除草剂抗性的植物的方法和应用。