一种抗除草剂多肽及其应用制造技术

本发明专利技术提供了抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用，具体地，本发明专利技术提供了一种HIR1蛋白在制备抗除草剂植物中的应用，所述植物的HIR1蛋白过表达后，对除草剂具有很强的抗性，在提高和培育抗除草剂植物领域中具有非常广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗除草剂多肽及其应用


[0001]本专利技术属于农业基因工程领域，具体涉及抗除草剂基因、多肽及其在植物育种中的应用。

技术介绍

[0002]对羟基苯丙酮酸双加氧酶(4
‑
Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase，HPPD，EC 1.13.11.27)是生物体内酪氨酸代谢过程中重要的酶，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(Tyrosine aminotransferase,TAT)的作用下生成对羟基苯丙酮酸(p
‑
hydroxyphenylpyruvic acid,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的关键辅助因子，促进植物体内类胡萝卜素等的合成。植物体中60％以上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作用。/>[0003]HPPD受到抑制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。
[0004]自20世纪90年代起被确定为除草剂靶标，HPPD是继乙酰乳酸合成酶(ALS)、5
‑
烯醇丙酮莽草酸
‑3‑
磷酸合成酶(EPSPS)和乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)后又一重要的除草剂作用靶标，其独特的作用机制可以有效防治多种抗性杂草。HPPD类除草剂是近年来兴起的一类热销产品，具有高效、低毒、环境相容性好以及对后茬作物安全性高等一系列优点。研究发现植物与哺乳动物HPPD氨基酸序列的同源性存在显著差异，而同为植物界或者动物界的同源性比较高。这为后续开发具有更高选择性和安全性的HPPD类除草剂提供了理论指导基础。目前，按结构分类已经开发了5种以HPPD为靶标的除草剂，主要包括三酮类、吡唑酮类、异噁唑类、二酮腈类和二苯酮类。
[0005]然而，这些HPPD抑制除草剂在杀死杂草的同时也会给作物带来一定的伤害，不同农作物对不同的HPPD除草剂的耐受程度不同，也限制了HPPD除草剂的使用范围，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，还包括过表达该酶从而在植物中产生大量的除草剂靶标酶，减轻除草剂的抑制作用。虽然HPPD的过表达使得植物对除草剂(如异噁氟草的二酮腈衍生物)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。
[0006]CRISPR/Cas基因编辑技术是近几年新兴的基因工程技术，其是由guideRNA介导的
Sequence ID:AQK60189.1)，注释为ABC transporter B family member 15，其氨基酸序列如SEQ ID No.4所示，其与SEQ ID No.1的序列同一性为91％。
[0019]在一个实施方式中，与上述HIR1蛋白同源的蛋白还包括来自高粱的蛋白(NCBI Reference Sequence:XP_002453447.2)，注释为putative multidrug resistance protein，其氨基酸序列如SEQ ID No.5所示，其与SEQ ID No.1的序列同一性为91％。
[0020]在一个实施方式中，与上述HIR1蛋白同源的蛋白还包括来自小麦的蛋白(GenBank:KAF7078743.1)，注释为hypothetical protein CFC21_083126，其氨基酸序列如SEQ ID No.6所示，其与SEQ ID No.1的序列同一性为90％。
[0021]在一个实施方式中，与上述HIR1蛋白同源的蛋白还包括来自大麦的蛋白(GenBank:KAE8801832.1)，注释为putative multidrug resistance protein，其氨基酸序列如SEQ ID No.7所示，其与SEQ ID No.1的序列同一性为90％。
[0022]在一个实施方式中，所述SEQ ID No.1所示蛋白的同源蛋白选自SEQ ID No.2
‑
7中的一种或任意几种组合。
[0023]在一个实施方式中，所述HIR1蛋白来源于水稻、黍属(Panicum miliaceum)、玉米、高粱、小麦或大麦，并且，所述HIR1蛋白的氨基酸序列与SEQ ID No.1
‑
7任一所示的序列相比，具有至少50％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、至少99.1％、至少99.2％、至少99.3％、至少99.4％、至少99.5％、至少99.6％、至少99.7％、至少99.8％或至少99.9％的序列同一性。
[0024]在另一优选例中，所述HIR1蛋白的氨基酸序列包括SEQ ID No.1
‑
7任一所示的序列。
[0025]在另一优选例中，所述HIR1蛋白的氨基酸序列与SEQ ID No.1
‑
7任一所示的序列相同或基本相同。
[0026]在另一优选例中，所述的基本相同是至多有50个(较佳地为1
‑
20个，更佳地为1
‑
10个、更佳地1
‑
5个)氨基酸不相同，其中，所述的不相同包括氨基酸的取代、缺失或添加，且过表达所述的蛋白可以使得植物产生对除草剂的抗性(HPPD抑制剂类除草剂)。
[0027]本专利技术中，在植物中过表达所述HIR1蛋白从而赋予或增强所述植物对除草剂的抗性。
[0028]本专利技术中，在植物中过表达所述HIR1蛋白从而制备抗除草剂植物，或者赋予或增强植物对除草剂的抗性。
[0029]本专利技术中的过表达包括通过引入额外的目的基因的拷贝以增加目的基因在细胞中的拷贝数来提高基因的表达量，或者通过对目的基因的启动子进行改造或替换以提高目的基因的表达量。
[0030]在一个实施方式中，所述的“引入”包括将目的蛋白的编码基因构建到表达载体上，将表达载体转入到植物中以表达目的基因。在其他的实施方式中，所述的“引入”包括将目的基因插入到植物的基因组中；优选的，所述插入可以采用同源重组双交换的方法；在一个实施方式中，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.HIR1(HPPD INHIBITOR RESISTANCE 1)蛋白在制备抗除草剂植物中的应用，或者在赋予或增强植物对除草剂的抗性中的应用，其特征在于，所述HIR1蛋白包括下组任意一个或其组合：i、所述HIR1蛋白的氨基酸序列与SEQ ID No.1相比，具有至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、至少99.1％、至少99.2％、至少99.3％、至少99.4％、至少99.5％、至少99.6％、至少99.7％、至少99.8％或至少99.9％的序列同一性；ii、所述HIR1蛋白包括SEQ ID No.1
‑
7任一所示的氨基酸序列。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在植物中过表达所述HIR1蛋白从而制备抗除草剂植物或者赋予或增强植物对除草剂的抗性。3.根据权利要求1
‑
2任一所述的应用，其特征在于，所述HIR1蛋白来源于单子叶植物或双子叶植物，例如，水稻、玉米、高粱、大麦、小麦或黍属(Panicum miliaceum)。4.根据权利要求1
‑
2任一所述的应用，其特征在于，所述除草剂为HPPD抑制剂类除草剂。5.编码权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
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：