抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用制造技术

提供了一种突变的HPPD多肽，其与亲本HPPD多肽的相比存在一个或多个氨基酸序列的差异，所述差异包括在对应于SEQ ID NO.:1的第342位氨基酸发生突变，突变后的HPPD多肽对除草剂具有很强的耐受性。还提供了突变的HPPD多肽的编码基因及其在植物育种中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用
本专利技术涉及植物学领域，更具体地涉及抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用。
技术介绍
对羟苯基丙酮酸双氧化酶(4-HydroxyphenylpyruvateDioxygenase，HPPD，EC1.13.11.27)是生物体内酪氨酸代谢过程中的重要酶，几乎存在于所有需氧的生物体中，生物体内酪氨酸(Tyrosine)在酪氨酸氨基转移酶(Tyrosineaminotransferase,TAT)的作用下生成对羟基苯丙酮酸(p-hydroxyphenylpyruvicacid,HPPA),在氧气的参与下HPPD能够将HPPA催化转化成尿黑酸(homogentisate，HGA)。在动物体内，HPPD的主要作用是促进酪氨酸、芳氨酸、苯丙氨酸的分解代谢。但在植物体内的作用与动物体内显著不同，尿黑酸进一步形成质体醌(plastoquinones)和生育酚(tocopherols，维生素E)。生育酚起到膜相关抗氧化剂的作用，是植物生长必须的抗氧化剂，能有效地增强植物的抗逆性。质体醌是植物进行光合作用过程中关键的辅助因子,促进植物体内类胡萝卜素等的合成.在植物体中高于60％的叶绿素都结合于捕光天线复合物上,该复合物吸收太阳光能并将激发能传递给光合作用反应中心,而类胡萝卜素是反应中心的叶绿素结合蛋白和天线系统的重要组成部分,在植物光合作用中担负着光吸收辅助色素的重要功能,具有吸收和传递电子的能力,并在清除自由基方面起着重要的作用。HPPD的抑制则会导致植物细胞内的光合作用解偶联、辅助捕光色素缺乏，同时由于缺乏通常由类胡萝卜素提供的光保护作用，活性氧中间体和光氧化导致叶绿素破坏，结果造成植物光合作用组织产生白化症状，生长受到抑制，直至死亡。因此，HPPD自20世纪90年代起，被确定为除草剂靶标。HPPD抑制类除草剂已证实是非常有效的选择性除草剂，具有广谱的除草活性，既可在芽前也可以在芽后使用，具有活性高、残留低、对哺乳动物安全和环境友好等特点。目前，按结构分已经开发出了5种以HPPD为靶标的除草剂，主要包括三酮类、吡□酮类、异噁唑酮类、二酮腈类和二苯酮类。然而，这些HPPD抑制除草剂在其不加选择杀死杂草的同时也给作物带来一定的伤害，因此获得耐受除草剂的作物尤为重要。目前的策略除了试图绕过HPPD介导的尿黑酸产生外，还包括进行该酶的过表达从而在植物中产生大量的除草剂靶酶，减轻除草剂的抑制作用。HPPD的过表达使得植物对异噁氟草的二酮腈衍生物(DKN)有更好的萌发前耐受性，但该耐受性不足以抵抗萌发后的除草剂处理。因此，本领域迫切需要开发和改进对HPPD抑制剂的耐受性系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对HPPD抑制剂具有高抗性的HPPD抗性基因、编码多肽及其应用。在本专利技术的第一方面，提供了一种分离的除草剂抗性多肽，所述的除草剂抗性多肽为突变的HPPD多肽，并且所述突变的HPPD多肽与亲本HPPD多肽的相比存在一个或多个氨基酸序列的差异，所述差异包括在对应于SEQIDNO.:1的第342位氨基酸发生突变：第342位的酪氨酸(Y)。在另一优选例中，所述第342位的酪氨酸(Y)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：组氨酸(H)、天冬酰胺(Asn)、丙氨酸(Ala)、赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、半胱氨酸(C)苯丙氨酸(Phe)。在另一优选例中，所述第342位的酪氨酸(Y)突变为组氨酸(H)或半胱氨酸(C)。在另一优选例中，所述第342位的酪氨酸(Y)突变为组氨酸(H)。在另一优选例中，所述除草剂抗性多肽进一步包括其他突变位点，所述其他突变位点在对应于SEQIDNO.:1的选自下组的一个或多个氨基酸发生突变：第214位的丝氨酸(S)；第349位的精氨酸(R)；第340位的脯氨酸(P)；第341位的苏氨酸(T)；第343位的酪氨酸(Y)；第344位的谷氨酰胺(Q)；第345位的天冬酰胺(N)；第346位的亮氨酸(L)；第347位的赖氨酸(K)；第348位的赖氨酸(K)；第350位的缬氨酸(V)；第351位的甘氨酸(G)；第352位的天冬氨酸(D)；第433位的谷氨酸(E)。在另一优选例中，第214位的丝氨酸(S)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：缬氨酸(V)、亮氨酸(L)。在另一优选例中，第349位的精氨酸(R)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：丝氨酸(S)、苏氨酸(T)。在另一优选例中，第340位的脯氨酸(P)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：丙氨酸(A)、丝氨酸(S)、亮氨酸(L)。在另一优选例中，第341位的苏氨酸(T)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：组氨酸(H)、精氨酸(R)、赖氨酸(K)。在另一优选例中，第343位的酪氨酸(Y)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：组氨酸(H)、半胱氨酸(C)、精氨酸(R)、赖氨酸(K)、苯丙氨酸(F)。在另一优选例中，第344位的谷氨酰胺(Q)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：精氨酸(R)、色氨酸(W)。在另一优选例中，第345位的天冬酰胺(N)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：天冬氨酸(D)、甘氨酸(G)。在另一优选例中，第346位的亮氨酸(L)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：苯丙氨酸(F)、丝氨酸(S)。在另一优选例中，第347位的赖氨酸(K)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：谷氨酸(E)、甘氨酸(G)。在另一优选例中，第348位的赖氨酸(K)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：谷氨酸(E)、甘氨酸(G)。在另一优选例中，第350位的缬氨酸(V)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：丙氨酸(A)、丝氨酸(S)、苏氨酸(T)。在另一优选例中，第351位的甘氨酸(G)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：丝氨酸(S)、天冬氨酸(D)、天冬酰胺(N)。在另一优选例中，第352位的天冬氨酸(D)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：天冬氨酸(N)、甘氨酸(G)、丝氨酸(S)。在另一优选例中，第433位的谷氨酸(E)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：赖氨酸(K)、精氨酸(R)。在另一优选例中，所述的突变包括Y342H与选自下组的一个或多个突变的组合：S214V、S214L、R349S、R349T、E433K、E433R。在另一优选例中，所述的突变选自下组：Y342H、R349S、或其组合。在另一优选例中，所述的其他突变位点能够保持或增强突变多肽对HPPD抑制性除草剂的耐受性或抗性或增加突变型HPPD多肽对除草剂的适用范围。在另一优选例中，所述除草剂抗性多肽的氨基酸序列如SEQIDNO.:2或3所示。在另一优选例中，所述的除草剂抗性多肽为具有SEQIDNO.:2或3所示氨基酸序列的多肽、其活性片段、或其保守性变异多肽。在另一优选例中，所述的除草剂抗性多肽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离的除草剂抗性多肽，其特征在于，所述的除草剂抗性多肽为突变的HPPD多肽，/n并且所述突变的HPPD多肽与亲本HPPD多肽的相比存在一个或多个氨基酸的差异，所述差异包括在对应于SEQ ID NO.:1的第342位氨基酸发生突变：/n第342位的酪氨酸(Y)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190430 CN 2019103647872一种分离的除草剂抗性多肽，其特征在于，所述的除草剂抗性多肽为突变的HPPD多肽，
并且所述突变的HPPD多肽与亲本HPPD多肽的相比存在一个或多个氨基酸的差异，所述差异包括在对应于SEQIDNO.:1的第342位氨基酸发生突变：
第342位的酪氨酸(Y)。


如权利要求1所述的除草剂抗性多肽，其特征在于，所述第342位的酪氨酸(Y)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：组氨酸(H)、天冬酰胺(Asn)、丙氨酸(Ala)、赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、半胱氨酸(C)苯丙氨酸(Phe)。


一种分离的多核苷酸，其特征在于，所述多核苷酸编码权利要求1所述的除草剂抗性多肽。


一种载体，其特征在于，所述的载体含有权利要求3所述的多核苷酸。


一种宿主细胞，其特征在于，所述的宿主细胞含有权利要求4所述的载体或基因组中整合有权利要求3所述的多核苷酸。


一种除草剂抗性多肽的制备方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：
(a)在适合表达的条件下，培养权利要求5所述的宿主细胞，从而表达所述的除草剂抗性多肽；和
(b)分离所述的除草剂抗性多肽。


一种酶制剂，其特征在于，所述酶制剂包权利要求1所述的除草剂抗性多肽。


一种改良植物的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：
(a)提供一植物细胞，对所述植物细胞进行改造，从而使所述植物细胞表达权利要求1所述的除草剂抗性多肽；和
(b)将步骤(a)中的植物细胞再生成植株。


一种权利要求1所述的除草剂抗性多肽或其编码基因的用途，其特征在于，用于培育植物抗除草剂株系、或用于制备培育植物抗除草剂株系的试剂或试剂盒。


一种除草剂抗性敏感位点，其特征在于，所述的位点包括：
(I)第一抗性敏感位点，对应于(i)来源于拟南芥的野生型HPPD多肽的第342位氨基酸；(ii)来源于水稻的野生型HPPD多肽的第339位氨基酸；(iii)来源于玉米的野生型HPPD...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：山东舜丰生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37