使用原卟啉原氧化酶或其变体赋予和/或增强除草剂耐受性的方法和组合物技术

提供了使用来源于原核生物的原卟啉原氧化酶或其氨基酸变体以赋予植物和/或藻类增强的除草剂耐受性和/或增强除草剂耐受性的技术。

Methods and compositions for endowing and/or enhancing herbicide tolerance with protoporphyrinogen oxidase or its variants

Techniques for enhancing herbicide tolerance and/or herbicide tolerance in plants and/or algae using protoporphyrin oxidase or its amino acid variants derived from prokaryotes are provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用原卟啉原氧化酶或其变体赋予和/或增强除草剂耐受性的方法和组合物
提供了源自原核生物的原卟啉原氧化酶或其变体，以及使用该原卟啉原氧化酶或其变体赋予和/或增强植物和/或藻类的除草剂耐受性的技术。
技术介绍
卟啉生物合成途径用于合成在植物代谢中起重要作用的叶绿素和血红素，并且其发生在叶绿体中。在该途径中，原卟啉原IX氧化酶(下文称为PPO；EC：1.3.3.4)催化原卟啉原IX氧化成原卟啉IX。原卟啉原IX氧化成原卟啉IX后，原卟啉IX通过镁螯合酶与镁结合来合成叶绿素，或通过铁螯合酶与铁结合来合成血红素。因此，当PPO活性受到抑制时，叶绿素和血红素的合成受到抑制，并且底物原卟啉原IX离开正常的卟啉生物合成途径，导致原卟啉原IX从叶绿体快速输出到细胞质，以及由氧化引起的细胞质原卟啉IX的累积。累积的原卟啉IX在光和氧分子的存在下产生高反应性的单线态氧(1O2)，它们破坏细胞膜并迅速导致植物细胞死亡。基于该原理，已经开发出抑制PPO活性的除草剂。迄今为止，已有根据其化学结构分类的9个家族的PPO抑制性除草剂，包括嘧啶二酮、二苯基醚、苯基吡唑、N-苯基邻苯二甲酰亚胺、噻二唑、二唑、三唑啉酮、唑烷二酮和其它除草剂。此外，为了在使用除草剂时防止这些除草剂对作物生长的影响，需要为作物提供除草剂耐受性。同时，藻类是光合生物，其可将光能转化为可用于合成各种有用的化合物的化学能。例如，藻类可通过光合作用固定碳并将二氧化碳转化为糖、淀粉、脂质、脂肪或其他生物分子，从而从大气中除去温室气体。此外，藻类的大规模培养可以产生多种物质，例如工业酶、治疗化合物和蛋白、营养素、商业物质和燃料物质。然而，在生物反应器或开放或封闭池塘中大规模培养藻类的情况下，可能发生由不期望的竞争性生物(例如不期望的藻类、真菌、轮虫或浮游动物)导致的污染。因此，需要一种技术来在赋予对所期望植物和/或藻类的除草剂耐受性后通过在抑制竞争性生物生长而没有除草剂耐受性的浓度下处理除草剂来大规模地收获所期望的植物和/或藻类。参考文献(专利文献1)美国专利申请登记公开US6,308,458(2001年10月30日)(专利文献2)美国专利申请登记公开US6,808,904(2004年10月26日)(专利文献3)美国专利申请登记公开US7,563,950(2009年07月21日)(专利文献4)国际专利申请公开WO2011/085221(2011年07月14日)(非专利文献1)LiX，VolrathSL，ChilcottCE，JohnsonMA，WardER，LawMD，原卟啉原氧化酶作为根癌农杆菌介导的玉米转化的有效选择标记的开发(Developmentofprotoporphyrinogenoxidaseasanefficientselectionmarkerforagrobacteriumtumefaciens-mediatedtransformationofmaize)，植物生理学(Plantphysiology)133：736-747，2003
技术实现思路
技术问题在本说明书中，发现来源于原核生物的hemY型PPO基因及其突变体对原卟啉原氧化酶(PPO)抑制性除草剂显示出广泛的除草剂耐受性，从而提出如果向植物和/或藻类提供hemY型PPO基因及其突变体，可以赋予和/或增强除草剂耐受性。一种实施方式提供了多肽变体，其包含、基本上由以下组成或由以下组成：(1)以下氨基酸序列，所述氨基酸序列中，选自由影响PPO抑制性除草剂与PPO多肽SEQIDNO：2之间相互作用的氨基酸(例如位于与PPO抑制性除草剂相互作用的SEQIDNO：2的结合位点上的氨基酸)组成的组中的一种或多种分别并且独立地缺失或被与相应位置上的原始氨基酸不同的氨基酸取代，或(2)与氨基酸序列(1)具有95％或更高、98％或更高、或99％或更高序列同源性的氨基酸序列。选自由影响PPO抑制性除草剂与PPO多肽SEQIDNO：2之间相互作用的氨基酸组成的组中的一种或多种可以是选自由SEQIDNO：2的氨基酸序列中的N59、S60、R89、F161、V165、A167、Q184、P303、V305、F324、L327、I340、F360和I408组成的组中的一种或多种。另一种实施方式提供了多肽变体，其包含、基本上由以下组成或由以下组成：(1)以下氨基酸序列，所述氨基酸序列中，选自由影响PPO抑制性除草剂与PPO多肽SEQIDNO：4之间相互作用的氨基酸(例如位于与PPO抑制性除草剂相互作用的SEQIDNO：4的结合位点上的氨基酸)组成的组中的一种或多种分别并且独立地缺失或被与相应位置上的原始氨基酸不同的氨基酸取代，或者(2)与氨基酸序列(1)具有95％或更高、98％或更高、或99％或更高同源性的氨基酸序列。选自由影响PPO抑制性除草剂与PPO多肽SEQIDNO：4之间相互作用的氨基酸组成的组中的一种或多种可以是选自由SEQIDNO：4的氨基酸序列中的R101、F171、V175、A177、G194、P316、V318、F337、L340、I353和F373组成的组中的一种或多种。其他实施方式提供了编码多肽或多肽变体的多核苷酸。其他实施方式提供了包含该多核苷酸的重组载体。其他实施方式提供了包含该重组载体的重组细胞。其他实施方式提供了用于赋予或增强植物或藻类的除草剂耐受性的组合物，其包含选自由以下组成的组中的一种或多种：SEQIDNO：2的多肽、SEQIDNO：4的多肽、如上所述的多肽变体、和氨基酸序列为与所述多肽或多肽变体具有95％或更高、98％或更高、或99％或更高序列同源性的多肽；编码多肽的多核苷酸，多肽变体和氨基酸序列为与所述多肽或变体具有95％或更高、98％或更高、或99％或更高的氨基酸序列序列同源性的多肽；包含该多核苷酸的重组载体；和包含该重组载体的重组细胞。例如，编码SEQIDNO：2的多肽的多核苷酸可以包含SEQIDNO：1的多核苷酸序列，并且编码SEQIDNO：4的多肽的多核苷酸可以包含SEQIDNO：3的多核苷酸序列，但不限于此。除草剂可以是原卟啉原氧化酶抑制性除草剂。作为具体实施方式，除草剂可以是选自由嘧啶二酮、二苯基醚、苯基吡唑、N-苯基邻苯二甲酰亚胺、苯基酯、噻二唑、二唑、三唑啉酮、唑烷二酮和其他除草剂组成的组中的一种或多种，但不限于此。作为具体实施方式，除草剂可以是选自由以下组成的组中的一种或多种：氟丙嘧草酯、苯嘧磺草胺、双苯嘧草酮、汰芬那(tiafenacil)、氟磺胺草醚、乙氧氟草醚、苯草醚、三氟羧草醚、治草醚(bifenox)、氯乳醚(ethoxyfen)、乳氟禾草灵(lactofen)、甲氧除草醚(chlomethoxyfen)、氯除草醚(chlorintrofen)、乙羧氟草醚(fluoroglycofen-ethyl)、氟硝磺酰胺(halosafen)、氟唑草酯(pyraflufen-ethyl)、异丙吡草酯(fluazolate)、丙炔氟草胺(flumioxazin)、吲哚酮草酯(cinidon-ethyl)、氟烯草酸(flumiclorac-pentyl)、嗪草酸(fluthiacet)、噻二唑草胺(thidiazimin)、丙炔草酮(oxadiargyl)、草本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多肽，选自以下：包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQ ID NO：2的氨基酸序列中的N59、S60、R89、F161、V165、A167、Q184、P303、V305、F324、L327、I340、F360和I408组成的组中的至少一种独立地缺失或被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、S(Ser)、F(Phe)、P(Pro)、W(Trp)、N(Asn)、Q(Gln)、G(Gly)、Y(Tyr)、D(Asp)、E(Glu)、R(Arg)、H(His)和K(Lys)组成的组且与相应位置上的原始氨基酸不同的氨基酸取代；包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQ ID NO：4的氨基酸序列中的R101、F171、V175、A177、G194、P316、V318、F337、L340、I353和F373组成的组中的至少一种独立地缺失或被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、S(Ser)、F(Phe)、P(Pro)、W(Trp)、N(Asn)、Q(Gln)、G(Gly)、Y(Tyr)、D(Asp)、E(Glu)、R(Arg)、H(His)和K(Lys)组成的组且与野生型相应位置上的氨基酸不同的氨基酸取代；和由与所述多肽的氨基酸序列具有95％或更高同源性的氨基酸序列组成的多肽。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.16 KR 10-2016-00753581.一种多肽，选自以下：包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQIDNO：2的氨基酸序列中的N59、S60、R89、F161、V165、A167、Q184、P303、V305、F324、L327、I340、F360和I408组成的组中的至少一种独立地缺失或被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、S(Ser)、F(Phe)、P(Pro)、W(Trp)、N(Asn)、Q(Gln)、G(Gly)、Y(Tyr)、D(Asp)、E(Glu)、R(Arg)、H(His)和K(Lys)组成的组且与相应位置上的原始氨基酸不同的氨基酸取代；包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQIDNO：4的氨基酸序列中的R101、F171、V175、A177、G194、P316、V318、F337、L340、I353和F373组成的组中的至少一种独立地缺失或被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、S(Ser)、F(Phe)、P(Pro)、W(Trp)、N(Asn)、Q(Gln)、G(Gly)、Y(Tyr)、D(Asp)、E(Glu)、R(Arg)、H(His)和K(Lys)组成的组且与野生型相应位置上的氨基酸不同的氨基酸取代；和由与所述多肽的氨基酸序列具有95％或更高同源性的氨基酸序列组成的多肽。2.权利要求1所述的多肽，其中，所述多肽选自由以下组成的组：包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQIDNO：2的氨基酸序列中的N59、S60、R89、F161、V165、A167、Q184、P303、V305、F324、L327、I340、F360和I408组成的组中的至少一种独立地被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、S(Ser)、R(Arg)、W(Trp)和G(Gly)组成的组中的氨基酸取代；包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列中，选自由SEQIDNO：4的氨基酸序列中的R101、F171、V175、A177、G194、P316、V318、F337、L340、I353和F373组成的组中的至少一种独立地被选自由M(Met)、V(Val)、I(Ile)、T(Thr)、L(Leu)、C(Cys)、A(Ala)、E(Glu)、Q(Gln)、K(Lys)、R(Arg)、H(His)和N(Asn)组成的组中的氨基酸取代；和由与所述多肽的氨基酸序列具有95％或更高同源性的氨基酸序列组成的多肽。3.权利要求1所述的多肽，其中，所述多肽选自由以下组成的组：包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列包含在SEQIDNO：2的氨基酸序列中选自由F360M、F360V、F360I、F360T、F360L、F360C、A167C、A167L、A167I、P303L、V305L、V305M、V305T、N59T、S60T、R89A、R89L、R89V、F161A、V165S、V165C、Q184G、F324V、L327T、I340T、I408R和I408W组成的组中的至少一种氨基酸突变；包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列在SEQIDNO：4的氨基酸序列中包含选自由F373M、F373V、F373I、F373T、F373L、F373C、F373N、F373H、A177C、A177L、A177I、P316A、P316L、V318L、V318M、R101A、F171A、V175C、V175L、G194E、G194Q、G194M、G194K、G194R、F337V、L340T和I353T组成的组中的至少一种氨基酸突变；和由与所述多肽的氨基酸序列具有95％或更高同源性的氨基酸序列组成的多肽。4.权利要求3所述的多肽，其中，所述多肽选自由以下组成的组：包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列包含在SEQIDNO：2的氨基酸序列中的F360M、F360V、F360I、F360T、F360L、F360C、A167C、A167L、P303L、N59T、S60T、R89A、R89L、R89V、F161A、V165S、V165C、A167I、Q184G、V305L、V305M、V305T、F324V、L327T、I340T、I408R、I408W、P303L+V305L、N59T+F360V、S60T+V165S+F360M、S60T+V165S+F360I、S60T+I340T+F360I、R89A+F360M、R89A+F360I、R89A+F360L、R89L+F360I、R89V+F360I、R89A+A167L+F360M、R89A+V305T+F360M、V165S+F360M、V165S+F360I、V165S+F360L、V165S+F360V、V165C+F360M、V165C+A167C+F360M、V165C+A167I+F360M、V165C+A167L+F360M、A167L+F360M、A167L+F360I、A167C+F360M、A167C+F360I、A167I+F360M、V305M+F360M、V305T+F360I、V305L+F360M、I408R+F360M或I408W+F360M的氨基酸突变；包含以下氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列包含在SEQIDNO：4的氨基酸序列中的F373M、F373V、F373I、F373T、F373L、F373C、F373N、F373H、A177C、A177L、A177I、P316A、P316L、V318L、V318M、R101A、F171A、V175C、V175L、G194E、G194Q、G194M、G194K、G194R、F337V、L340T、I353T、P316L+V318L、P316A+V318L、R101A+F373M、A177C+F373...

【专利技术属性】
技术研发人员：成淳基，尹俊善，韩允贞，安荣玉，朴重赫，洪明基，
申请(专利权)人：福阿母韩农株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR