抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型油菜突变基因及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型油菜突变基因的核酸序列及其应用，涉及植物分子育种领域。本发明专利技术以甘蓝型油菜抗咪唑啉酮类除草剂的突变体Ｍ９为材料，利用引物对进行ＰＣＲ扩增，获得突变体Ｍ９的突变基因，序列为ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．１；该基因翻译获得蛋白，其氨基酸序列为ＳＥＱ?ＩＤ?Ｎｏ．２。应用杂交、回交等植物常规育种方法将该基因导入其它对咪唑啉酮类除草剂无抗性的油菜品种或品系，提高导入ＡＬＳ基因突变核酸序列目标品种或品系对咪唑啉酮类除草剂的耐受性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物分子育种领域，具体地说，涉及甘蓝型油菜编码乙酰乳酸合成酶 且可以建立咪唑啉酮类除草剂抗性的突变基因核酸序列及其应用。
技术介绍
咪唑啉酮类除草剂是美国氰胺公司在20世纪80年代初开发成功的一类广谱、 用量低、对哺乳动物低毒和对环境友好的高效除草剂，通过抑制植物体内支链氨基酸生 物合成关键酶乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase, ALS)，也叫乙酰羟基酸合成酶 (acetohydroxyacid synthase, AHAS)，造成异亮氨酸、缬氨酸和亮氨酸生物合成受阻，破坏 植物体内蛋白质合成，使植物黄化，生长受抑，最后逐渐死亡。ALS负责催化两个平行反应， 催化两分子丙酮酸缩合形成2-乙酰乳酸放出CO2,最终生成缬氨酸和亮氨酸，催化一分子丙 酮酸和一分子2-氧丁酸缩合形成乙酰羟基丁酸，最终生成异亮氨酸。以ALS为靶酶开发的 除草剂，已经成为新型高效除草剂的主流产品，1961年美国Du Pont公司首先报道了嘧啶 类化合物的活性及对植物体内ALS的抑制作用，1982年该公司成功研发了第一个磺酰脲类 除草剂氯磺隆(Chlorsulfuron)。继氯磺隆研发成功以来，众多国际化学公司相继成功开发 了咪唑啉酮类、磺酰胺类、嘧啶水杨酸类和三唑嘧啶磺酰胺类除草剂，具体的除草剂品种和 商品名更是不计其数。以ALS为靶酶的除草剂具有选择性强、杀草谱广，活性高、使用剂量 低，对哺乳动物毒性小等优点，既可作土壤处理剂也可茎叶喷施，除草效率高、使用方便深 得广大用户欢迎。国外通过对抗咪唑啉酮类除草剂(包括拟南芥、水稻、小麦、玉米、油菜、向日葵) 植物的ALS基因克隆表明，抗性作物的产生是由于突变株ALS基因DNA序列产生了若干碱 基位点的突变，造成编码蛋白氨基酸残基位点变异，从而引起除草剂与ALS结合方式的变 化。有意思的是，这些残基位点变异多数都由5个必需氨基酸中一个氨基酸被取代所致， 以拟南芥的密码子和氨基酸位置计算(以下同)，即122位丙氨酸被苏氨酸所取代，如玉米 的Mutantl、中国甜菜的Sir-13、向日葵的CLHA-PIus ； 197位脯氨酸被组氨酸或丝氨酸所取 代，如中国甜菜的sur和莴苣的1个突变体；205位丙氨酸被缬氨酸所取代，如向日葵的Two 突变体；574位色氨酸被亮氨酸所取代，如玉米的XA17、油菜的PM2 ；653位丝氨酸被天冬酰 胺酸所取代，如水稻的PWC16、小麦的TeallMl、玉米的X112和QJ22、油菜的PM1。这5个必 需氨基酸中有3个氨基酸(122位丙氨酸、197位脯氨酸、和205位丙氨酸)位于ALS的氨 基端，另2个(574位色氨酸和653位丝氨酸)位于酶的羧基端，这5个氨基酸在绝大多数 已知植物的ALS序列中的位置相当保守，只是在苍耳(Xanthium sp.)和豚草中653位是丙 氨酸，而不是丝氨酸。另外，在玉米中还发现155位的丙氨酸被苏氨酸和水稻中654位的甘 氨酸被谷氨酸取代产生的抗性突变。Whaley等最近又发现了一个新突变位点，即抗咪草 烟(咪唑啉酮类除草剂的一种)的绿穗苋(Amaranthus hybridus) ALS酶376位天门冬氨 酸被谷氨酸所取代。甘蓝型油菜(Brassica napus)为具有两套基因组A和C的异源四倍体物种(2η=38)。其中基因组A有10条染色体，起源于不结球白菜(Brassica rapa)，而基因组C有 9条染色体，起源于花椰菜(Brassicaoleracea)。Rutledge等发现在甘蓝型油菜基因组内 存在5个ALS基因(ALS1 5)，以多基因家族的形式存在，其多样性超过烟草和拟南芥。甚 至有人提出，以ALS基因作为遗传标记来区分甘蓝型油菜的品种。而作物对咪唑啉酮类抗 性是由于ALS基因产生若干碱基位点突变的结果，但在甘蓝型油菜中仅发现2个ALS位点 突变产生的抗性油菜，且都是通过小孢子化学诱变获得，自然突变产生的抗咪唑啉酮类除 草剂油菜在国内外未见报道。在已有的国内专利中报道了有关抗咪唑啉酮类除草剂作物有小麦、玉米、中国甜 菜、向日葵，都是国外公司或研究机构专利技术。同时，国内关于抗除草剂油菜的研究材料基本 都来自国外，抗性基因受国际知识产权保护，一旦商业化种植，要向专利拥有者交纳昂贵的 专利费，大幅度提高油菜生产成本。开发具有自主知识产权的抗(耐)除草剂基因，是我国 抗除草剂油菜早日进入商业化生产的当务之急。但迄今为止，国内还没有公开或发表过甘 蓝型油菜抗咪唑啉酮类除草剂的基因及其应用。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的就在于弥补已有专利或技术的不足，以我们发现的自然突变产生的 抗咪唑啉酮类除草剂甘蓝型油菜品系M9为材料，提供一种抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型 油菜突变基因的核酸序列，其编码植物体内乙酰乳酸合成酶，该酶是植物体内支链氨基酸 生物合成关键酶。本专利技术的另一个目的在于提供一种甘蓝型油菜乙酰乳酸合成酶基因突变型的核 酸序列在油菜抗咪唑啉酮类除草剂中的应用。技术方案本专利技术通过以下方案实现一种抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型油菜突变基因的核酸序列，其特征是该序列 为SEQ IDN0. 1，由2006个碱基组成，命名为BnALSlR基因，即抗咪唑啉酮类除草剂基因，编 码乙酰羟基酸合成酶，又叫乙酰乳酸合成酶，与其它来源的甘蓝型油菜乙酰乳酸合成酶基 因相比，BnALSlR基因在1933处G突变成了 A。上述的核酸序列编码的蛋白质，其特征在于该序列为SEQ ID NO. 2，由655个氨 基酸残基组成，编码蛋白序列第638或等同位置处的氨基酸残基为天冬酰氨酸。上述的核酸序列用于抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型油菜的育种方法，其特征是(1)用M9单株分别与MICMS双低恢复系3075R和3018R配制4个正反交组合，秋 播对4个组合杂种F1及亲本在菜苗3-5叶期用山东先达化工有限公司生产的咪唑啉酮类 除草剂5. 0% “豆施乐”水剂处理，处理浓度为90ga. i. /hm2,15d后调查成活苗与死苗数，进 行抗性鉴定，抗性亲本及杂种F1均生长正常，其中M9抗性亲本后代株系鉴定，未发现死苗 和药害现象；(2)对组合3075R/M9和3018R/M9的F1植株进行小孢子培养，步骤如下油菜开花早期于每日上午7时左右摘取刚开放第一朵花的花序，用吸水纸湿润处 理后置于4°C恒温冰箱24h ；次日挑选长度为4. 5mm左右的花蕾用70%酒精浸泡30s，1 %升 汞表面消毒lOmin，无菌水冲洗3次，每次冲洗2min ；将消毒花蕾置于无菌玻璃管中，加B54提取液1ml，用玻璃棒沿管壁将花蕾捣碎挤出小孢子，并用0. 22 μ m孔径滤膜过滤，滤液经 1000r/min的离心机离心5min，去除上清液后再加入B5提取液悬浮小孢子，复重1次，去除 上清液，加入NLN-13%蔗糖培养液转入三角瓶中；32°C热激培养24h，25°C黑暗静止培养， 直至出现可见的小白点胚状体时，转至25°C恒温摇床50r/min振荡培养，待胚状体长度达 5mm左右时转到B5固体培养基上，25°C光照培养，每天光照时间16小时，直至成苗；将单倍 体小孢子苗用2%的秋水仙碱溶液浸泡根部3min后栽入盆钵，成株后移入大田；(3)对活棵苗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗咪唑啉酮类除草剂的甘蓝型油菜突变基因的核酸序列，其特征是：该序列为ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ．１，由２００６个碱基组成，命名为ＢｎＡＬＳ１Ｒ基因，即抗咪唑啉酮类除草剂基因，编码乙酰羟基酸合成酶，又叫乙酰乳酸合成酶，与其它来源的甘蓝型油菜乙酰乳酸合成酶基因相比，ＢｎＡＬＳ１Ｒ基因在１９３３处Ｇ突变成了Ａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡茂龙，浦惠明，戚存扣，张洁夫，高建芹，龙卫华，陈松，陈新军，陈峰，顾慧，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]