[发明专利]一种具有手性选择性的芳氧苯氧丙酸酯类除草剂水解酯酶及其应用

说明书

本发明公开了一种具有手性选择性的芳氧苯氧丙酸酯类除草剂水解酯酶及其应用。本发明提供了芳氧苯氧丙酸酯类除草剂喹禾灵水解酯酶基因aopH(SEQID NO.1)。利用该基因构建的工程菌株表达的AopH(SEQ ID NO.2)能快速降解喹禾灵、精喹禾灵、禾草灵和精恶唑禾草灵。因此，生产的AopH酶制剂可用于去除土壤、水体和农作物中残留的喹禾灵、精喹禾灵、禾草灵和精恶唑禾草灵。

技术领域

本发明属于应用环境微生物领域，涉及一种具有手性选择性的芳氧苯氧丙酸酯类除草剂水解酯酶及其应用。

背景技术

芳氧苯氧丙酸酯(Aryloxyphenoxy propinoate,AOPP)类除草剂是德国赫斯特公司在20世纪70年代开发出来的一类高活性除草剂。目前，商品化的AOPP类除草剂约有20余种，主要用于阔叶作物田以防除一年生和多年生的禾本科杂草。2014年，全球AOPP类除草剂的销售额超过121.7亿美元，占全球除草剂市场的4.6％，是继草甘膦后世界上使用最广泛的除草剂类别之一。虽然AOPP类除草剂是一类毒性较低，相对安全的除草剂，但其在生态环境中的残留仍然会危害到后茬作物及非靶标生物。此外，AOPP类除草剂大多属于手性化合物，拥有不同的手性异构体。然而，手性化合物的不同异构体不但具有不同的生物活性和生态毒理,而且在土壤微生物的作用下手性异构体之间还可以相互转化。因此，AOPP类除草剂在环境中的代谢消亡日益引起了人们极大的关注。

喹禾灵为典型的AOPP类除草剂，拥有一对手性异构体。商品化的喹禾灵是由等摩尔的(R)-构型和(S)-构型混合而成的外消旋体(Rac-QE)，其除草活性主要来源于(R)-构型，除草机理是通过抑制乙酰辅酶A羧化酶活性使杂草坏死。现已开发出仅含有单一的(R)-构型的精制品,即精喹禾灵。目前，尽管精喹禾灵的使用量多于喹禾灵，但基于良好的除草性和低成本，喹禾灵在许多领域仍有广泛的应用。随着研究的不断深入，越来越多的报道表明除了直接对土壤环境、水环境和大气环境造成污染外，喹禾灵还表现出一定的生态毒性，包括生殖毒性、遗传毒性和肝脏毒性。因此。喹禾灵从环境中的去除是当前研究的热点。

利用微生物修复有机物的污染是一种简单、高效、廉价和无二次污染的方法，比传统的化学和物理修复方法具有更多的优势。微生物在有机污染物残留的生物学解决途径中有着独特的作用。微生物降解有机污染物的本质是微生物产生的酶对污染物的降解作用，从微生物中提取的降解酶来消除有机污染物残留在国外已有成功的先例，降解酶的来源可以通过从降解菌中提取，也可以采用基因工程手段构建高效表达菌株来获得。AOPP类除草剂水解酯酶基因aopH在除草剂喹禾灵和禾草灵等污染的修复领域有巨大的应用潜力。同时可通过基因改造扩大酶作用的底物范围，广泛应用于环境中AOPP类除草剂的降解和脱毒，保护环境。此外，AOPP类除草剂水解酯酶AopH对喹禾灵的不同异构体具有显著的手性选择性。因此，AopH甚至能为实现喹禾灵等AOPP类除草剂手性拆分特定酶的改造提供理论指导。

发明内容

本发明的目的是提供从AOPP类除草剂喹禾灵降解菌株Brevundimonas sp.S1中克隆的水解酯酶基因aopH。

本发明的另一目的是提供该水解酯酶基因编码的酯酶AopH。

本发明的又一目的是提供该水解酯酶基因的应用。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种AOPP类除草剂喹禾灵水解酯酶基因aopH，其核苷酸序列为SEQ ID NO.1。该基因全长(从起始密码子到终止密码子)为930bp，G+C含量为69.9％，编码309个氨基酸，分子量为33.9kDa。

本发明所述的AOPP类除草剂喹禾灵水解酯酶基因aopH编码的酯酶AopH，其氨基酸序列为SEQ ID NO.2。

含有本发明所述的AOPP类除草剂喹禾灵水解酯酶基因aopH的重组质粒。