本发明专利技术公开了一种水稻ACCase突变型蛋白，所述ACCase突变型蛋白的氨基酸序列存在以下任意一种或几种突变：其对应于水稻ACCase的氨基酸序列的第1792位、第2015位、第2038位、第2052位、第2089位发生突变。本发明专利技术还公开了核酸或基因，其编码所述的蛋白。本发明专利技术表达该突变蛋白的植物可以抗（耐）乙酰辅酶A羧化酶类除草剂。本发明专利技术的水稻ACCase蛋白的水稻三叶期幼苗在施用3mL喹禾灵/L水（2倍推荐使用浓度）后，植株仍然正常生长发育和结实。
ACCase mutant protein with herbicide resistance and its application
The present invention discloses a mutant protein of rice ACCase. The amino acid sequence of the ACCase mutant protein contains any one or several mutations, which correspond to the 1792nd, 2015th, 2038th, 2052nd, and 2089th mutation of the amino acid sequence of the rice ACCase. The invention also discloses a nucleic acid or a gene, which encodes the protein. The plant expressing the mutant protein can resist (acetyl) coenzyme A carboxylase herbicide. The plant of rice ACCase protein in the rice three leaf stage is still growing and sturdy after applying 3mL quinolin /L water (2 times the recommended concentration).
【技术实现步骤摘要】
使植物具有除草剂抗性的ACCase突变型蛋白及其应用
本专利技术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ACCase突变型蛋白及其应用；具体而言，本专利技术涉及水稻的乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)突变蛋白，该突变蛋白能赋予植物尤其水稻抗乙酰辅酶A羧化酶抑制剂类除草剂的特性。本专利技术公开了该突变蛋白的核苷酸序列和氨基酸序列，以及它们在植物抗除草剂领域中的应用。
技术介绍
农田杂草是导致农作物减产的最主要原因之一。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人们公认的防除农田杂草最高效的、简便的和经济的治理方法。乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoACarboxylase，简称ACCase)是植物代谢过程中催化植物脂肪酸合成的关键酶，是1958年发现的除草剂的一个作用靶标。ACCase属于生物素包含酶(Biotincontainingenzyme)的类型I(typeI)，存在于大多数的生物体中，主要包含细菌、酵母、真菌、植物、动物和人类中。目前已经确定在植物体内有两种同工型的ACCase，主要位于质体和细胞溶胶中，它们的功能区域在结构上有很大的差别。大多数植物质体中的ACCase有4个亚基：一个生物素羧基载体蛋白亚基(biotincarboxylcarrier-protein，BCCP)，一个生物素羧化酶亚基(biotincarboxylase，BC)，羧基转移酶(carboxyltransferase，CT)的两个亚基CTα和CTβ，二者之间以共价键相连。大多数植物细胞溶胶中的ACCase于酵母、大鼠和人的属于同一类型，它的一条多肽链包含着原核型ACCase所有的4个亚基，排列顺序是BC、BCCP、CTβ、CTα，形成了3个功能域(CTβ和CTα算一个功能域)。除草剂对ACCase的抑制主要是通过抑制CT，造成酰基脂类生物合成受到抑制，影响细胞膜渗透性，造成代谢产物渗漏，致使植物死亡，从而达到防除禾本科杂草的目的。ACCase类除草剂包括芳氧苯氧丙酸酯类(Aryloxyphenoxypropanoates，APP)、肟醚类环己二酮(Cyclohexanedioneoximes，CHD)和苯基吡唑啉类(Phenylpyrazoline,DEN)三类。由于其选择性高，能够苗后防除一年或多年生禾本科杂草，且在植物体内传导，具有高效、低毒、施用期长、对后茬作物安全等优点，此类除草剂迅速发展、品种不断增多、使用面积迅速扩大，已成为世界第三类重要除草剂。ACCase催化乙酰-CoA生成丙二酰-CoA，该反应是脂肪酸全合成的第一个关键步骤，也是限速步骤，这步由ACCase催化的反应实际上是由3个亚基组成的两步反应。第一步，首先由ATP提供能量给重碳酸，产生活化的羧基(羧酸、磷酸复合物)，然后在BC作用下将羧基连接到BCCP中生物素的脲环N1上，形成羧化的生物素羧基载体蛋白，该过程中由Mg2+或者Mn2+等的参与，碳酸氢盐为羧基供体。第二步，在CT作用下，将生物素脲环N1上的羧基转移至乙酰-CoA的甲基，产生丙二酰-CoA，该过程不需要其他的辅助能量。合成的丙二酰-CoA参与脂肪酸从头合成等生物过程。ACCase有两类主要的抑制剂类型，包括芳氧笨氧丙酸酯类(APP)和环己二酮类(CHD)，已开发出多个除草剂品种，如禾草灵、盖草能、炔草酯、本草酮、烯草酮等等。早在20世纪60-70年代，APP类和CHD类除草剂就被广泛用于农田禾本科杂草，但是随着长期和大面积的使用，杂草很快对这两种除草剂产生了抗性，目前，已在26个国家发现了高达35种杂草对这两类抑制剂产生了抗性。但目前，ACCase抑制剂类除草剂的作用机理尚未确定，很难提前预测ACCase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ACCase蛋白新的除草剂抗性位点。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种水稻ACCase突变型蛋白。本专利技术还要解决的技术问题是提供了编码水稻ACCase突变型蛋白的核酸或基因。本专利技术还要解决的技术问题是提供了含有上述的水稻ACCase突变型基因的表达盒、重组载体或细胞。本专利技术还要解决的技术问题是提供了获得具有除草剂抗性植物的方法。具体地，用于增强植物、植物组织、植物细胞对于至少一种除草剂的耐受性的方法，所述除草剂干扰ACCase酶的活性。因此，本文中除草剂抗性指的是抗(耐)乙酰辅酶A羧化酶类除草剂。本专利技术所述的增强植物、植物组织或者植物细胞对除草剂的抗性方法可以通过转化或者杂交、自交和无性繁殖的方法实施，也可通过化学诱变或基因定点突变的方式获得，是改变的植株具有本专利技术的核苷酸序列SEQIDNo:1、SEQIDNo:3、SEQIDNo:5、SEQIDNo:7或SEQIDNo:9中的任意一种，所述的突变后的植株具有一种或者一种以上的上述突变后的核苷酸序列。本专利技术人通过长期、艰苦的研究，对野生型水稻品种镇糯19(从江苏丘陵地区镇江农业科学研究所获得)进行EMS诱变处理，对这些的EMS突变植株进行长期、不断地筛选，发现了一系列ACCase突变蛋白，包括前文所述的某些已知ACCase突变蛋白和新ACCase突变蛋白，其对ACCase抑制剂类除草剂不敏感，从而使得植物具有ACCase抑制剂类除草剂抗性。本专利技术在植物育种中的应用，可用于培育具有除草剂抗性的植物，尤其是农作物，还开发了这些蛋白及其编码基因在转基因或者非转基因如水稻等作物中的应用。技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种水稻ACCase突变型蛋白，所述ACCase突变型蛋白的氨基酸序列存在以下任意一种或几种突变：其对应于水稻ACCase的氨基酸序列的第1792位、第2015位、第2038位、第2052位、第2089位发生突变。作为优选，本专利技术在水稻ACCase的氨基酸序列的第1792位氨基酸由异亮氨酸突变为亮氨酸、第2015位基酸由丙氨酸突变为缬氨酸、第2038位氨基酸由色氨酸变为半胱氨酸、第2052位氨基酸由异亮氨酸突变为天冬酰胺、第2089位氨基酸由天冬氨酸变为甘氨酸。本专利技术的ACCase突变型蛋白发生突变的氨基酸包括但不仅限于以下几种突变，在以下位点突变成其他氨基酸的情况也在本专利技术的保护范围之内例如：第1792位氨基酸由异亮氨酸突变为苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、苏氨酸、缬氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸、组氨酸、甲硫氨酸；第2015位基酸由丙氨酸突变为苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸；第2038位氨基酸由色氨酸变为苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸；第2052位氨基酸由异亮氨酸突变为苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、苏氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、丙氨酸、第2089位氨基酸由天冬氨酸变为苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水稻ACCase突变型蛋白，所述ACCase突变型蛋白的氨基酸序列存在以下任意一种或几种突变：其对应于水稻ACCase的氨基酸序列的第1792位、第2015位、第2038位、第2052位、第2089位发生突变。
【技术特征摘要】
1.一种水稻ACCase突变型蛋白，所述ACCase突变型蛋白的氨基酸序列存在以下任意一种或几种突变：其对应于水稻ACCase的氨基酸序列的第1792位、第2015位、第2038位、第2052位、第2089位发生突变。2.一种水稻ACCase突变型蛋白，包括：（a）其氨基酸序列如SEQIDNO.2或SEQIDNO.4或SEQIDNO.6或SEQIDNO.8或SEQIDNO.10所示；或（b）在（a）中的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸且具有乙酰辅酶A羧化酶活性的由（a）衍生的蛋白质。3.核酸或基因，其编码权利要求1~2任一项所述的蛋白。4.根据权利要求3所述的核酸或基因，包括：（a）其编码权利要求1~2任一项所述的蛋白；或（b）在严格条件下与（a）限定的核苷酸序列杂交且编码具有乙酰辅酶A羧化酶活性的蛋白质的核苷酸序列；或（c）其核苷酸序列如SEQIDNO:1或SEQIDNO:3或SEQIDNO:5或SEQIDNO:7或SEQIDNO:9所示。5.表达盒、重组载体或细胞，其含有权利要求3或4所述的核酸或基因。6.权利要求1或2所述的水稻ACCase突变型蛋白、权利要求3或4所述的核酸或基因，权利要求5所述的表达盒、重组载体或细胞在植物抗除草剂方面的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述除草剂是喹...
【专利技术属性】
技术研发人员：张保龙，王金彦，凌溪铁，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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