本发明专利技术公开了一种谷氨酰胺合成酶突变体及培育抗草铵膦的植物品种中的应用。发明专利技术人发现，在野生型谷氨酰胺合成酶第n位进行突变可以获得谷氨酰胺合成酶突变体，突变后为A、G、M、N、Q、S、T、V或删除，该突变能赋予谷氨酰胺合成酶适于商业化应用的草铵膦抗性。该谷氨酰胺合成酶突变体具有用于构建转化植物的表达载体、及培育抗草铵膦作物的应用潜力。及培育抗草铵膦作物的应用潜力。及培育抗草铵膦作物的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种谷氨酰胺合成酶突变体及培育抗草铵膦的植物品种中的应用
[0001]本专利技术涉及基因工程
，具体而言，涉及一种谷氨酰胺合成酶突变体及培育抗草铵膦的植物品种中的应用。
技术介绍
[0002]草铵膦(glufosinate ammonium，商品名称Basta)是由拜耳公司开发的谷氨酰胺合成酶(GS1)抑制剂，其有效成分为phosphinothricin(简称PPT)，化学名称为(RS)
‑2‑
氨基
‑4‑
(羟基甲基氧膦基)丁酸铵。其通过抑制谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)的活性，使得植物体内谷氨酰胺的合成受阻，继而植物体内氮代谢发生紊乱，蛋白质和核苷酸等物质的合成减少，光合作用受阻，叶绿素合成减少。同时细胞内的铵离子的含量增加，使得细胞膜遭到破坏，叶绿体解体，最终导致植物死亡。
[0003]目前，获得抗草铵膦的植物主要通过转基因技术使得目标植物表达草铵膦乙酰化酶，草铵膦乙酰化酶可以使草铵膦乙酰化而失活。但是在草铵膦接触谷氨酰胺合成酶之前，草铵膦乙酰化酶很难使草铵膦彻底失活，由于很多谷氨酰胺合成酶分布在细胞膜上，部分未失活的草铵膦可以抑制细胞膜上谷氨酰胺合成酶的活性，从而干扰植物的氮代谢。因此草铵膦在转bar基因和pat基因农作物上应用时，会不同程度的干扰植物的氮代谢，同时影响植物正常的生长和发育。通过在植物中过量表达野生型谷氨酰胺合成酶虽然可以一定程度上降低转基因植物对草铵膦的敏感程度，但其对草铵膦的耐性程度远不足以商业化应用。/>[0004]鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种谷氨酰胺合成酶突变体及培育抗草铵膦的植物品种中的应用以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术提供了一种谷氨酰胺合成酶突变体，该突变体具有草铵膦抗性，其如下(1)或(2)所示：
[0008](1)：其由来源于植物的野生型谷氨酰胺合成酶的第n位氨基酸发生突变得到；第n位的位置通过如下方式确定：野生型谷氨酰胺合成酶与参考序列比对，野生型谷氨酰胺合成酶的第n位对应于参考序列的第69位，其中，参考序列的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；
[0009]谷氨酰胺合成酶突变体的第n位的氨基酸为X，X包括A、G、M、N、Q、S、T、V或删除；
[0010](2)：其与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体至少具有85％以上的同一性、且与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体在第n位的氨基酸相同、以及具有草铵膦抗性。
[0011]专利技术人发现，将植物来源的野生型谷氨酰胺合成酶与参考序列进行比对，将其序列上对应于参考序列第69位的氨基酸位点即第n位进行突变，突变为A、G、M、N、Q、S、T、V或删
除，所得到的谷氨酰胺合成酶突变体具有草铵膦抗性，同时可以保持自身的生物酶催化活性，从而满足植物的正常氮代谢，维持植物的正常生长和发育。
[0012]转化本专利技术提供的植物谷氨酰胺合成酶突变体的植株或重组菌均能够在草铵膦存在的条件下正常生长和发育，该植物谷氨酰胺合成酶突变体不仅用于转基因作物培育，也可应用于培育抗草铵膦非转基因植物或转基因植物例如水稻、烟草、大豆、玉米、小麦、油菜、棉花和高粱等，具有广阔的应用前景。
[0013]上述的参考序列为水稻来源的野生型谷氨酰胺合成酶。
[0014]序列比对方法可使用Blast网站(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)进行Protein Blast比对；采用本领域熟知的其他序列比对方法或工具也可以得到相同的结果。
[0015]需要说明的是，野生型谷氨酰胺合成酶的第n位在其自身序列上可能也是第69位(例如玉米、小麦、大豆、油菜等)，但也可能不是第69位(例如花生对应为第70位)，第n位的具体位置根据前述序列比对后确定，只要其通过与参考序列比对后，对应于参考序列第69位的位点即为本专利技术的第n位，也就是突变位点。
[0016]所有植物的野生型谷氨酰胺合成酶都具有同源性，在植物体内具有基本相同的功能和结构域。因此，任意植物来源的野生型谷氨酰胺合成酶在第69位作上述突变后所得到的谷氨酰胺合成酶突变体都具有草铵膦抗性。因此，由任意植物来源的野生型谷氨酰胺合成酶作上述突变后得到的谷氨酰胺合成酶突变体均属于本专利技术的保护范围。
[0017]此外，本领域技术人员知晓并容易实现，在(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体的非保守区域进行简单的氨基酸替换、删除或增加等操作并维持第n位为上述突变后的氨基酸，并使进一步突变得到的谷氨酰胺合成酶突变体与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体具有至少具有85％(例如85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％等)以上的同一性，且其功能包括酶催化活性和草铵膦抗性与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体相当或略有下降或略有提高或大幅提高等。因此，此类谷氨酰胺合成酶也应属于本专利技术的保护范围。
[0018]在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述植物包括不限于小麦、水稻、大麦、燕麦、玉米、高粱、谷子、荞麦、黍稷、甘薯、马铃薯、棉花、油菜、芝麻、花生、向日葵、萝卜、胡萝卜、花椰菜、番茄、茄子、辣椒、韭菜、大葱、洋葱、韭葱、菠菜、芹菜、苋菜、莴苣、茼蒿、黄花菜、葡萄、草莓、甘蔗、烟草、芸薹属蔬菜、葫芦科植物、豆科植物、牧草、茶或木薯。
[0019]在一种可选的实施方式中，上述牧草包括不限于禾本科牧草或豆科牧草。禾本科牧草选自梯牧草、鸭茅、六月禾、细麦、羊茅、棕叶、狗尾草等；豆科牧草选自苜蓿、三叶草、三叶豆、巢菜、鸡眼草等。此外，在其他实施方式中，上述牧草也可选自草坪草。
[0020]在一种可选的实施方式中，上述芸薹属蔬菜包括不限于芜菁、白菜、芥菜、甘蓝、芥蓝、菜苔、苦芥、擎蓝、芸苔、青菜或甜菜。
[0021]在一种可选的实施方式中，上述葫芦科植物包括不限于黄瓜、西葫芦、南瓜、冬瓜、苦瓜、丝瓜、菜瓜、西瓜或甜瓜。
[0022]在一种可选的实施方式中，上述豆科植物包括不限于绿豆、蚕豆、豌豆、扁豆、大豆、菜豆、豇豆或毛豆。
[0023]在本专利技术应用较佳的实施方式中，专利技术人还发现，针对不同的植物来源的谷氨酰
胺合成酶，除了将其第n位突变为A、G、M、N、Q、S、T、V或删除之外，将其第n位突变为其他的氨基酸也会使得谷氨酰胺合成酶具有草铵膦抗性。
[0024]例如，在本专利技术应用较佳的实施方式中，当植物为水稻时，X＝A、C、D、F、G、H、I、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、V、Y或删除。
[0025]当植物为大豆时，X＝A、G、L、M、N、Q、S、T、V或删除。
[0026]当植物为玉米时，X＝A、C、D、F、G、H、I、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、V、Y或删除。
[0027]当植物为小麦时，X＝A、C、D、F、G本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种谷氨酰胺合成酶突变体，其具有草铵膦抗性，其特征在于，其如下(1)或(2)所示：(1)：其由来源于植物的野生型谷氨酰胺合成酶的第n位氨基酸发生突变得到；所述第n位的位置通过如下方式确定：所述野生型谷氨酰胺合成酶与参考序列比对，所述野生型谷氨酰胺合成酶的所述第n位对应于所述参考序列的第69位，其中，所述参考序列的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述谷氨酰胺合成酶突变体的所述第n位的氨基酸为X，X包括A、G、M、N、Q、S、T、V或删除；(2)：其与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体至少具有85％以上的同一性、且与(1)所示的谷氨酰胺合成酶突变体在第n位的氨基酸相同、以及具有草铵膦抗性。2.根据权利要求1所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于，所述植物选自小麦、水稻、大麦、燕麦、玉米、高粱、谷子、荞麦、黍稷、甘薯、马铃薯、棉花、油菜、芝麻、花生、向日葵、萝卜、胡萝卜、花椰菜、番茄、茄子、辣椒、韭菜、大葱、洋葱、韭葱、菠菜、芹菜、苋菜、莴苣、茼蒿、黄花菜、葡萄、草莓、甘蔗、烟草、芸薹属蔬菜、葫芦科植物、豆科植物、牧草、茶或木薯；优选地，所述牧草选自禾本科牧草或豆科牧草；优选地，所述芸薹属蔬菜选自芜菁、白菜、芥菜、甘蓝、芥蓝、菜苔、苦芥、擎蓝、芸苔、青菜或甜菜；优选地，所述葫芦科植物选自黄瓜、西葫芦、南瓜、冬瓜、苦瓜、丝瓜、菜瓜、西瓜或甜瓜；优选地，所述豆科植物选自绿豆、蚕豆、豌豆、扁豆、大豆、菜豆、豇豆或毛豆。3.根据权利要求1或2所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于，当所述植物为水稻时，X＝A、C、D、F、G、H、I、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、V、Y或删除；当所述植物为大豆时，X＝A、G、L、M、N、Q、S、T、V或删除；当所述植物为玉米时，X＝A、C、D、F、G、H、I、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、V、Y或删除；当所述植物为小麦时，X＝A、C、D、F、G、H、I、M、N、Q、R、S、T、V、Y或删除；当所述植物为油菜时，X＝A、C、D、F、G、H、I、K、L、M、N、Q、R、S、T、V...
【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书二页说明书一六页序列表一零页附图六页，
申请(专利权)人：四川天豫兴禾生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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