[发明专利]编码AM79 EPSPS蛋白的核酸分子及其应用

说明书

本发明涉及基因工程技术领域，尤其涉及编码AM79EPSPS蛋白的核酸分子及其应用。本发明根据AM79EPSPS不同区域的活性分析及单子叶植物(玉米)基因组特点，对AM79EPSPS的密码子进行了改造，经过密码子优化的AM79EPSPS基因命名为ZMAM79‑1EPSPS。通过对转AM79EPSPS基因及ZMAM79‑1EPSPS基因的作物不同转化试验的分析，本发明发现转ZMAM79‑1EPSPS基因更容易获得高表达量的转基因作物以及显著提高获得耐受高倍(4倍以上)草甘膦的转基因作物的几率。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，尤其涉及编码AM79 EPSPS蛋白的核酸分子及其应用。

背景技术

玉米(Zea mays L.)是世界上种植最广泛的农作物之一。大约30％的玉米被直接食用，70％作为饲料。玉米也是我国种植面积最广的农作物。抗除草剂作物的创制是近代农业生物技术中最活跃、最具成效的领域，抗草甘膦作物则是抗除草剂作物中的核心，其中抗草甘膦转基因大豆居于首位。

草甘膦(Glyphosate)为内吸传导型、光谱灭生性除草剂，其作用机制是通过抑制植物内5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸(EPSPS)合酶的活性，干扰植物体内芳香族氨基酸的生物合成，导致植物死亡。草甘膦具有廉价、药性温和和对人畜毒性小等优点，是全世界使用量最大的除草剂品种。但是，该除草剂是一种非选择性的除草剂，对农作物有着同样的杀死作用，为了能在作物出苗后使用草甘膦，需培育具有草甘膦抗性或降解性质的农作物。

为了培育抗草甘膦作物，从上世纪80年代，人们开始将来自细菌的外源的抗草甘膦基因导入植物细胞中，并使之在植物细胞中稳定表达，以提高转基因作物对草甘膦的耐受性，其中最成功的例子是美国Monsanto公司将从根癌农杆菌(A.tumefaciens)分离到的CP4 EPSPS基因导入植物细胞中，开发了一系列的抗草甘膦作物。AM79 EPSPS基因编码的蛋白属于5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)，氨基酸序列与报道的Agrobacterium spEPSPS酶的氨基酸序列同源性仅为22％，两者差异性显著。

植物中的内源EPSPS基因编码的EPSPS是植物体内芳香族氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸)生物合成途径中的一个关键酶，而这些芳香族氨基酸都是构建细胞蛋白最基本的氨基酸。在这一生物合成途径中，EPSPS酶催化莽草酸-3-磷酸转变为3-烯醇式丙酮酸莽草酸-5-磷酸。除草剂草甘膦可以抑制植物内源EPSPS的活性，从而阻断芳香族氨基酸的合成，最终导致细胞死亡。来自于土壤的AM79 EPSPS基因编码产生的5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶(AM79 EPSPS)蛋白与植物内源EPSPS蛋白相比，对草甘膦的亲合力大大降低，在草甘膦存在的条件下保证了植物对芳香氨基酸的合成，从而使植物免于草甘膦的杀灭作用。

AM79 EPSPS基因是从受草甘膦污染的土壤微生物的宏基因DNA中分离而来，但由于微生物表达系统的密码子偏好性与植物十分不同，从而导致微生物基因的在植物中的表达延迟和表达降低。此前研究表明，将AM79 EPSPS基因的野生型序列直接导入玉米后不能高效表达，达不到该转基因玉米植株对草甘膦高耐受性的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供适合玉米表达的编码AM79EPSPS蛋白的核酸分子及其应用。

本发明提供的编码AM79 EPSPS蛋白的核酸，包括I)～III)中至少一种：

I)、具有如SEQ ID NO:2～4任一项所示核苷酸序列的核酸；

II)、在I)所述的片段中取代、缺失或添加一个或多个核苷酸的核酸；

III)、与I)或II)中任一项部分互补或完全互补的核酸。