[发明专利]粳稻ALS突变型基因及其蛋白在抗除草剂方面的应用

说明书

本发明公开了一种粳稻的ALS突变型基因，其在粳稻的ALS基因序列的第536位核苷酸由C突变成核苷酸T。本发明还公开了一种粳稻的ALS突变型基因所编码的ALS突变蛋白及其应用。该突变蛋白来源于抗ALS抑制剂类除草剂的粳稻突变体植株，与粳稻的野生型ALS序列相比，其蛋白序列在Ala179位点发生突变。绿色植物表达该蛋白序列可以抗（耐）乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂，特别是咪唑啉酮类除草剂。

技术领域

本发明属于植物蛋白和植物抗除草剂领域。具体而言，本发明涉及粳稻的乙酰乳酸合成酶(ALS)突变蛋白，该突变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。本发明公开了该突变蛋白的序列，以及它们在植物抗除草剂领域中的应用。

背景技术

乙酰乳酸合成酶(ALS)(也称乙酰羟酸合成酶，AHAS；EC 4.1.3.18)，是植物和微生物3种氨基酸生物合成过程中的关键酶。如果此酶的活力受到抑制或者丧失，会导致植物缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成受阻，影响蛋白的合成，最终导致植物生长受阻，直至死亡。因此，以ALS为作用靶标开发了多种高效除草剂，主要包括磺酰脲类(Sulfonylureas,SU)、咪唑啉酮类(Imidazolinones,IMI)、三唑嘧啶类(Triazolopyrimidines,TP)、嘧啶氧(硫)苯甲酸类[Pyrimidinylthio(or oxy)–benzoates,PTB；pyrimidinyl-carboxyherbicides；PCs]和磺酰胺基羰基三唑啉酮类(Sulfonylamino-carbonyltriazolinones,SCT)等13类化合物。这些除草剂统称为ALS抑制剂类除草剂或ALS类除草剂，这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。但这些除草剂属于选择性除草剂，在杀草的同时，也会对一般不具有抗(耐)除草剂特性的农作物本身产生药害，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。

ALS属于依赖硫胺素焦磷酸酶的家族，在植物、真菌以及藻类等体内均已被发现。该酶由催化亚基和调节亚基构成，催化亚基分子量约为65kD，调节亚基在9-54kD之间。对于实现ALS的全酶活性，除了这2个亚基之外，还依赖于3个必不可少的辅助因子，ThDP、二价金属离子和黄素嘌呤二核苷酸。成熟的ALS蛋白大约由670个氨基酸组成，其序列在不同物种间高度保守。ALS蛋白在Gly 95、Ala 96、Ala 122、Pro 171、Pro 196、Pro 197、Ala 205、Asp376、Trp 537、Trp 548、Trp 552、Trp 557、Trp 563、Trp 574、Ser 621、Ser 627、Ser 638、Ser 653、Gly 654、Val 669等氨基酸位点(以模式植物拟南芥的ALS氨基酸位置计算)发生突变可以产生ALS抑制剂类除草剂抗性，这在多种农作物(包括玉米、小麦、水稻、油菜、向日葵等)、模式植物拟南芥和上百种杂草中均有报道。而且，不同位点的氨基酸残基变异产生不同类型的ALS抑制剂类除草剂抗性。

其中，水稻已知的抗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。有些研究还表明，氨基酸变异引起的ALS突变酶对抑制剂类除草剂产生抗性的同时，有些ALS突变酶的酶学特性也有所改变。

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。

而且目前国内外也没有人研究报道过关于粳稻中ALS位点突变的情况。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种粳稻的ALS突变型基因。