[发明专利]一种具有草甘膦降解活性的氨膦氧化还原酶及其应用

说明书

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种具有草甘膦降解能力的氨膦氧化还原酶，并进一步公开所述氨膦氧化还原酶及其编码基因在新型耐草甘膦作物的培育以及草甘膦污染生物降解领域中的应用。本发明所述具有草甘膦降解能力的氨膦氧化还原酶，具有全新的草甘膦分解机制，可以特异性切割草甘膦中磷酰基甲基与甘氨酸连接的C‑N键，进而产生甘氨酸及其它无毒产物，将该酶编码基因导入大肠杆菌细胞能赋予其对草甘膦较高的抗性，该酶及其编码基因无论在草甘膦污染的降解修复还是在基于遗传工程进行抗草甘膦植物的培育研究中，都具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种具有草甘膦降解能力的氨膦氧化还原酶，并进一步公开所述氨膦氧化还原酶及其编码基因在新型耐草甘膦作物的培育以及草甘膦污染生物降解领域中的应用。

背景技术

草甘膦(商品名为Roundup)又名N-磷酸甲基甘氨酸(N-(phosphonomethyl)glycine，GLP)，是一种靶点为5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)的非选择性广谱高效除草剂，其通过抑制EPSPS活性进而阻断植物芳香族氨基酸的合成，最终导致植物死亡。该除草剂缓慢作用特点及韧皮部流动性使其能够充分转运至植物各部位，杀死所有分生组织，因此具有较强稳定的除草效果。草甘膦自1974年商业化后，迅速占领了全球除草剂市场，目前是全球使用量最大的农药，每年的消耗量超过80万吨。但是，草甘膦在杀死杂草的同时，对种植作物也有同样的杀灭作用，这种广谱性特点对草甘膦的应用范围产生了限制。因此，利用遗传工程手段，开发具有草甘膦抗性的转基因作物，并联合运用草甘膦形成高效、便捷的杂草管理系统，是当前最经济且最具效力的杂草防除策略。而转基因抗草甘膦作物新品种的商业化种植，已在全球获得了巨大的经济和社会效益。

培育抗草甘膦转基因作物主要是通过转入对草甘膦抑制作用不敏感的EPSPS酶基因获得的，这些基因主要来源于不同微生物的EPSPS酶编码基因。目前，已广泛应用的EPSPS基因包括源于链霉菌(Streptomyces)的DGT-32-EPSPS(US 2017/0022517 A1)、来源于放射性球菌(einococcus radiodurans R1)的G7-EPSPS(US 9556422 B2、CN101619318B)、源于土壤宏基因组筛选的GR79-EPSPS(CN101429499B)、源于固氮斯氏假单胞菌的G2-EPSPS(CN101570744B、US7893234B2)以及源于植物的经人工改造的EPSPS(WO2017/059045A1)等。此类方法是将草甘膦耐受的EPSPS基因导入植物，表达的EPSPS酶能逃避草甘膦的抑制作用，因此这类抗性基因也被称为逃逸型抗草甘膦基因。此外，来源于地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)的草甘膦乙酰转移酶(GAT)，经过优化改造后对草甘膦的催化活性提高了10000倍，也已用于抗除草剂玉米等作物的培育(US20060200874)，而Gat的作用机理是通过乙酰化修饰草甘膦使其解毒，属于“修饰型”的抗除草剂基因。据研究，上述无论是逃逸型或修饰型抗草甘膦基因，在引入植物后培育的抗草甘膦作物所表达的酶均无法实现对草甘膦的降解。近年来，大量的研究也表明，草甘膦在被抗性作物吸收后，依然可转移至根、茎和种子等生长活跃的部位并大量积累，而种子以及农产品中残留的草甘膦，在进入食物链后，依然给人类健康带来较大风险。此外，植物体内残留的草甘膦也可通过根系外排进入土壤，并进而进入水体系统，给生态环境带来风险。