谷氨酰胺合成酶突变体及其应用制造技术

本发明专利技术涉及植物基因工程领域。具体而言，本发明专利技术涉及能够在植物中赋予除草剂抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用，以及产生包含所述谷氨酰胺合成酶(GS)突变体的除草剂抗性植物的方法。物的方法。物的方法。

【技术实现步骤摘要】
谷氨酰胺合成酶突变体及其应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程领域。具体而言，本专利技术涉及能够在植物中赋予除草剂抗性的谷氨酰胺合成酶突变体及其应用，以及产生包含所述谷氨酰胺合成酶(GS)突变体的除草剂抗性植物的方法。

技术介绍

[0002]杂草危害是严重影响作物生长的重要胁迫因素，通过与作物争夺生存资源，限制了作物的生长和发育。同时，杂草还是病原体和害虫的庇护所，导致作物上的病虫害频发，进而直接影响作物的产量和品质。在这种情况下，如何有效地管理和控制杂草成为科学研究和实际生产中亟待解决的重要问题。
[0003]除草剂因其具有广谱性、高效性和操作便捷性等特点，已经成为当前广泛应用的除草手段。
[0004]草铵膦 (Glufosinate ammonium)，又名草丁膦，是一种广谱、速效、低毒且环境相容性好的非选择性除草剂，展现出了广阔的应用前景。草铵膦通过抑制植物铵同化过程中的关键酶
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谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase, GS)的活性，干扰植物的正常生长，最终导致植物死亡，从而达到除草的效果。然而，由于大部分常见栽培作物并不具有草铵膦抗性，使用草铵膦除草剂时，常常会误杀作物。因此，培育草铵膦抗性作物对于保障我国的粮食产量和品质，促进我国现代农业的发展都具有重要意义。
[0005]本领域从定向进化角度对作物谷氨酰胺合成酶进行改造，获得对草铵膦等以草丁膦为有效成分的除草剂具有抗性的作物。

技术实现思路

[0006]本专利技术至少提供以下项目：项目1. 一种谷氨酰胺合成酶(GS)突变体或其功能性片段，其相对于野生型谷氨酰胺合成酶(GS)在309位处具有氨基酸突变例如氨基酸取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。
[0007]项目2. 项目1的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中所述野生型谷氨酰胺合成酶包含SEQ ID NO:1、5、9、13、33
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42之一的氨基酸序列或与SEQ ID NO: 1、5、9、13、33
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42之一的氨基酸序列具有至少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99.5%、至少99.9%的序列相同性的氨基酸序列。
[0008]项目3. 项目1或2的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段在第309位的丙氨酸(A)被取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。
[0009]项目4. 项目3的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段在第309位的丙氨酸(A)被天冬氨酸(D)、苏氨酸(T)或缬氨酸(V)取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。
[0010]项目5. 项目3的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段至少包含氨基酸取代A309D、A309T或A309V，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。
[0011]项目6. 项目1
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5中任选一项的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中所述谷氨酰胺合成酶突变体包含与SEQ ID NO:2
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4、6
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8、10
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12、和14
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16中任一具有至少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99.5%、至少99.9%序列相同性的氨基酸序列，或者所述谷氨酰胺合成酶突变体包含SEQ ID NO: 2
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4、6
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8、10
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12、和14
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16中任一所示的氨基酸序列。
[0012]项目7. 项目1
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6中任选一项的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段，其中所述谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段在真核生物如酵母或植物中表达时，能够赋予所述真核生物如酵母或植物对除草剂例如谷氨酰胺合成酶抑制性除草剂的抗性，优选地，所述谷氨酰胺合成酶抑制性除草剂为草铵膦。
[0013]项目8. 一种核酸，其包含编码项目1
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7中任选一项的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段的核苷酸序列。
[0014]项目9. 项目8的核酸，其中所述编码谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段的核苷酸序列如SEQ ID NO:18
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20、22
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24、26
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28、30
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32中任一所示。
[0015]项目10. 一种表达盒，其包含与调控序列可操纵地连接的编码项目1
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7中任选一项谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段的核苷酸序列。
[0016]项目11. 项目10的表达盒，其中所述编码谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段的核苷酸序列如SEQ ID NO:18
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20、22
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24、26
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28、30
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32中任一所示。
[0017]项目12. 一种表达构建体，其包含项目10或11的表达盒。
[0018]项目13. 项目1
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7中任一项的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段、项目8或9的核酸、项目10或11的表达盒或项目12的表达构建体在产生除草剂抗性植物中的用途。
[0019]项目14. 项目13的用途，其中所述植物选自水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、玉米(Zea mays)、疣粒稻(Oryza meyeriana var. granulata)、野生稻(Oryza barthii)、非洲栽培稻(Oryza glaberrima)、Panicum hallii、稷(Panicum miliaceum)、粟(Setaria italica)、高粱(Sorghum bicolor)、假稻(Leersia perrieri)、乌拉尔图小麦(Triticum urartu)、大麦(Hordeum vulgare)。
[0020]项目15. 一种除草剂抗性植物，其包含或表达项目1
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7中任一项的谷氨酰胺合成酶突变体或其功能性片段。
[0021]项目16. 项目15的除草剂抗性植物，其中所述植物选自水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、玉米(Zea mays)、疣粒稻(Oryza meyeriana var. granulata)、野生稻(Oryza bar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(GS)突变体，其特征在于相对于野生型谷氨酰胺合成酶(GS)在309位处具有氨基酸取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。2.权利要求1所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于所述野生型谷氨酰胺合成酶包含SEQ ID NO:1、5、9、13、33
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42之一的氨基酸序列。3.权利要求2所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体在第309位的丙氨酸(A)被取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。4.权利要求3所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体在第309位的丙氨酸(A)被天冬氨酸(D)、苏氨酸(T)或缬氨酸(V)取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。5.权利要求3所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于相对于野生型谷氨酰胺合成酶，所述谷氨酰胺合成酶突变体至少包含氨基酸取代A309D、A309T或A309V，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。6.权利要求1所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于所述谷氨酰胺合成酶突变体包含SEQ ID NO: 2
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4、6
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8、10
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12、和14
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16中任一所示的氨基酸序列。7.权利要求1
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6中任一项所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于所述谷氨酰胺合成酶突变体在植物中表达时，能够赋予所述植物对谷氨酰胺合成酶抑制性除草剂的抗性。8.权利要求7所述的谷氨酰胺合成酶突变体，其特征在于所述谷氨酰胺合成酶抑制性除草剂为草铵膦。9.一种核酸，其特征在于包含编码权利要求1
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8中任选一项所述的谷氨酰胺合成酶突变体的核苷酸序列。10.权利要求9所述的核酸，其特征在于所述编码谷氨酰胺合成酶突变体的核苷酸序列如SEQ ID NO:18
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20、22
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24、26
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28、30
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32中任一所示。11.一种表达盒，其特征在于包含与调控序列可操纵地连接的编码权利要求1
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8中任选一项所述谷氨酰胺合成酶突变体的核苷酸序列。12.权利要求11所述的表达盒，其特征在于所述编码谷氨酰胺合成酶突变体的核苷酸序列如SEQ ID NO:18
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20、22
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24、26
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28、30
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32中任一所示。13.一种表达构建体，其特征在于包含权利要求11或12的表达盒。14.权利要求1
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8中任一项所述的谷氨酰胺合成酶突变体、权利要求9或10所述的核酸、权利要求11或12所述的表达盒或权利要求13所述的表达构建体在产生除草剂抗性植物中的用途。15.权利要求14所述的用途，其特征在于所述植物选自水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、玉米(Zea mays)、疣粒稻(Oryza meyeriana var. granulata)、野生稻(Oryza barthii)、非洲栽培稻(Oryza glaberrima)、Panicum hallii、稷(Panicum miliaceum)、粟(Setaria italica)、高粱(Sorghum bicolor)、假稻(Leersia perrieri)、乌拉尔图小麦(Triticum urartu)、大麦(Hordeum vulgare)。16.一种通过转基因产生除草剂抗性植物的方法，其特征在于所述方法包括将权利要求9或10所述的核酸、权利要求11或12所述的表达盒和/或权利要求13所述的表达构建体导
入植物中，所述导入导致所述植物包含或表达权利要求1
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8中任一项所述的谷氨酰胺合成酶突变体。17.一种产生除草剂抗性植物的方法，其特征在于所述方法包括修饰植物的内源谷氨酰胺合成酶编码序列，由此导致所述内源谷氨酰胺合成酶在第309位处的氨基酸取代，所述氨基酸位置参考SEQ ID NO:1。18.权利要求17所述的方法，其特征在于所述植物的内源谷氨酰胺合成酶包含SEQ ID NO:1、5、9、13、33
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42之一的氨基酸序列。19.权利要求18...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宇欣，李轲，王炜光，钱文峰，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所，
类型：发明
国别省市：