本发明涉及一种基因领域,具体涉及植物抗除草剂epsps突变型蛋白及其应用。
背景技术:
1、随着社会经济发展,水稻的生产模式正在发生巨大变革,水稻直播在生产中越来越普遍。伴随直播而产生的稻田草害和杂草稻已成为制约水稻生产提质增效的关键瓶颈问题。特别是直播中自生稻频繁发生,严重影响水稻的产量和品质。目前直播中自生稻(又称杂草稻)一般导致减产5%~10%,严重的减产50%以上,水稻米质降1级。自生稻通常由于上年杂稻落粒、外来机械带入等原因造成,在遗传本质上与水稻极为接近,难以通过传统化学方法防控,目前只能以人工拔除或栽培方式转变等方式预防,但防治效果差、成本高,因此急需开发抗除草剂水稻材料。
2、草甘膦(glyphosate),一种有机磷类除草剂,具有内吸性,因其除草效率高、范围广以及难溶于水和土壤残留少、环境相对友好等优点,是杀草谱最广的芽后除草剂,能够对一年生及多年生杂草斩草除根。自其1974年商业化以来,很快在抗草甘膦大豆、玉米、棉花、油菜和甜菜田应用,迅速在农药市场占据一席之地成为使用最为广泛的除草剂。但同时草甘膦作为一种非选择性除草剂,在高效除草的同时也不加选择地伤害了农作物。因此,培育及种植抗草甘膦作物品种,不仅可以减轻人工除草的负担,还能够提高作物产量,有利于作物机械化生产。
3、草甘膦主要通过干扰植物莽草酸合成途径来实现除草目标。其作用机理主要是竞争性抑制莽草酸途径中5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(epsps)的活性。该合成酶是真菌、细菌、藻类、高等植物体内芳香族氨基酸生物合成过程中一个关键酶。一般情况下草甘膦能够很好的结合天然的epsps,研究发现突变的epsps与草甘膦的结合能力下降,能够耐受草甘膦。上世纪90年代,种业巨头孟山都率先在农杆菌中分离出epsps基因的突变体cp4基因,并将该基因转入植物使其获得草甘膦抗性,获得了抗草甘膦的转基因大豆、玉米和棉花。通过对草甘膦抗性杂草的研究,发现了新的对草甘膦不敏感的epsps蛋白,为抗草甘膦作物培育开辟了新的路径。例如,在抗草甘膦的牛筋草中找到了一些epsps蛋白的变异体,如102位点的thr(t)变为lle(i)和106位点的pro(p)变为ser(s)同时发生突变。但是,目前在利用基因编辑等生物技术方法,创制水稻等作物内源的epsps的tips双突变时,发现获得的植物只有在epsps突变基因的杂合状态下才能存活。且根据现行的作物生物育种监管政策,基因编辑改良品种不能直接作为应用于生产过程中。因此,急需开发不影响植物生长发育,且对作物具有草甘膦抗性的基因,对抗草甘膦除草剂的纯合品种的开发具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供了可以赋予水稻抗(耐)草甘膦的抗性的epsps突变型蛋白,并且利用该突变蛋白能够获得具有除草剂抗性的纯合子代。
2、本发明的另一目的在于提供上述编码基因在培育抗草甘膦植物中的应用。和已有的epsps突变蛋白相比,本发明的epsps-p173g突变蛋白不仅能够提高植株的抗除草剂性能,还能提高植株产量。
3、本发明的特异性epsps-p173g突变抗除草剂植物通过化学诱变方法获得。
4、具体而言,本发明提供一种植物抗除草剂的epsps突变型蛋白,所述植物抗除草剂epsps突变型蛋白的173位发生突变。
5、优选地,所述的epsps突变型蛋白其氨基酸序列如序列表中seq id no:1、3、4或5所示。
6、另一方面,本发明提供一种植物抗除草剂的epsps突变型基因,所述植物抗除草剂epsps突变型基因为编码权利要求1中所述蛋白的基因,优选地,该epsps突变型基因至少包括序列表中seq id no:2所示序列。
7、另一方面,本发明提供一种表达盒,所述表达盒包含权利要求1所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白或权利要求3所述的植物抗除草剂epsps突变型基因。
8、另一方面,本发明提供一种重组载体,所述重组载体包含所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白或所述的植物抗除草剂epsps突变型基因。
9、另一方面,本发明提供一种所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白、所述的植物抗除草剂epsps突变型基因、所述的表达盒以及所述的重组载体的应用,所述应用包括将编码上述蛋白的基因序列导入到目标植物中,使所述目标植物具有抗/耐草甘膦的抗性。
10、优选地,所述应用包括将上述片段中的一种导入到目标植物中,使所述目标植物具有除草剂抗性,所述植物抗除草剂epsps突变型蛋白、权利要求2所述的植物抗除草剂epsps突变型基因用于培育纯合的植物子代或植物种子。
11、优选地,所述应用包括将所述基因导入受体植物的方法包括转基因、杂交或回交。
12、优选地,所述应用包括:
13、(1)将水稻种子去壳、灭菌后将胚分离出来,置于愈伤组织诱导培养基上以产生次级愈伤组织;
14、(2)将次级愈伤组织转移至新的愈伤组织诱导培养基预培养;
15、(3)将步骤(2)中获得的愈伤组织与农杆菌接触15分钟获得抗性愈伤,该农杆菌中转入了具有植物抗除草剂epsps突变型基因或编码所述突变蛋白的其他基因的重组表达载体;
16、(4)将步骤(3)的愈伤组织转移到其上垫有三张无菌滤纸的培养皿中,21-23℃培养48小时;
17、(5)将步骤(4)的愈伤组织置于前筛选培养基上培养5-7天;
18、(6)将步骤(5)的愈伤组织转移筛选培养基上,以获得抗性愈伤组织;
19、(7)将抗性愈伤组织转移到分化再生培养基中分化成苗;和
20、(8)将步骤(7)的苗转移到生根培养基中生根。
21、本发明具有以下优点:
22、1.本发明的突变性蛋白是通过选用亚硝酸钠或5-溴尿嘧啶为特异性诱变剂而诱变获得的,克服了ems等传统诱变剂难以介导osepsps-p173g变异的问题,加大提高了产生目标突变的概率。
23、2.含有本发明的突变型蛋白和基因的植物不仅可以获得除草剂抗性,其子代可以保持纯合,并且其子代产量明显高于野生型。
24、本发明获得的突变蛋白不是通过转基因和基因编辑操作获得的,而是通过化学诱变过程获得的,适应性广,所创造的水稻抗除草剂新的种质材料可直接进入生产。并且,本发明的突变型蛋白在水稻、玉米、小麦、大豆中均表现出了抗除草剂性能,适应物种更加广泛。
1.一种植物抗除草剂的epsps突变型蛋白,其特征在于,所述植物抗除草剂epsps突变型蛋白的173位发生突变。
2.根据权利要求1所述的epsps突变型蛋白,其氨基酸序列如序列表中seq id no:1、3、4或5所示。
3.一种植物抗除草剂的epsps突变型基因,其特征在于,所述植物抗除草剂epsps突变型基因为编码权利要求1中所述蛋白的基因,优选地,该epsps突变型基因至少包括序列表中seq id no:2所示序列。
4.一种表达盒,其特征在于,所述表达盒包含权利要求1所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白或权利要求3所述的植物抗除草剂epsps突变型基因。
5.一种重组载体,其特征在于,所述重组载体包含权利要求1所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白或权利要求2所述的植物抗除草剂epsps突变型基因。
6.一种权利要求1所述的植物抗除草剂epsps突变型蛋白、权利要求3所述的植物抗除草剂epsps突变型基因、权利要求4所述的表达盒以及权利要求5所述的重组载体的应用,其特征在于,所述应用包括将编码上述蛋白的序列导入到目标植物中,使所述目标植物具有抗/耐草甘膦的抗性。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述应用包括将所述基因导入受体植物的方法包括转基因、杂交或回交。
9.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述应用包括:
