抗除草剂植物的制作方法

文档序号:588539阅读:552来源:国知局
专利名称:抗除草剂植物的制作方法
技术领域
本发明涉及重组DNA技术,尤其涉及当与未转基因的同样的植物相比较时显示出对除草剂具有基本的抗性或基本的耐受性的转基因植物的生产。本发明还涉及用于该转基因植物的生产或由该转基因植物产生的核苷酸序列(和其表达产物)。
在经受除草剂时,对除草剂具有基本“耐受性”的植物提供了一个当与同样经受除草剂的非耐受性的相同的植物相比较时右移的剂量/响应曲线。这样的剂量/响应曲线具有标示着“剂量”的x轴和标示着“致死百分率”、“除草效应”等等的y轴。为了产生指定的除草效应,耐受性植物通常需要至少两倍于非耐受性的相同植物的除草剂。当经受为了杀死种植了用于商业目的农作物的农田中的杂草而通常为农业界采用的浓度和使用率的除草剂时,对除草剂具有基本抗性的植物显示出很少的(如果有的话)坏死、裂解、萎黄病或别的病害。
特别优选的是,植物对于将5-烯醇式丙酮酰莽草酸磷酸合酶(在下文中为“EPSPS”)作为它们的作用位点的除草剂(在下文中为“草甘膦”)具有基本的抗性或基本的耐受性,除草剂中N-膦酰基甲基甘氨酸(和其多种盐)是优秀的例子。
除草剂可以根据通常的有关除草剂施用的技术在种子发芽前或后施用于含有已经变得对除草剂具有抗性的农作物的农田中。本发明特别提供了用于这样的耐受或抗除草剂的植物的生产中的核苷酸序列。
根据本发明可以提供一种抗草甘膦的EPSPS酶,其中和野生型EPSPS相比较,该蛋白质序列经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL,其中该酶不含有序列K(A/V)AKRAVVVGCGGKFPVE,其特征在于该酶是稳定的,并拥有下列序列基元(i)至(viii)中的至少一种,下列序列基元中的X为任意氨基酸,Z、Z1和Z2为除了指定的那些氨基酸之外的任意氨基酸(i)ALLMZAPLA,其中Z不是S或T;(ii)EIEIZDKL,其中Z不是V;(iii)FG(V/I)(K/S)ZEH,其中Z不是V;(iv)AL(K/R)ZLGL,其中Z不是R;(v)GLXVEZ1DXZ2XXXA(I/V)V,其中Z1不是T和/或Z2不是E;(vi)ITPPZ1K(L/V)(K/N)Z2,其中Z1不是K和/或Z2不是T;(vii)TIZ(D/N)PGCT,其中Z不是N或L;(viii)(D/N)YFXVLXZXX(K/R)H,其中Z不是R。
一个优选的该酶的实施方案包含基元(i)、(ii)、(iii)、(v)和(vi)中的至少两种。于特定的本发明的酶的实施方案之中,基元(i)中Z为A;基元(ii)中Z为I;基元(iii)中Z为A;基元(iv)中Z为K、T或A;基元(v)中Z1为R或A或者次优选地为D或E,Z2优选地为V或A或者次优选地为T;序列基元(vi)中Z1为E或A,Z2为P、I或V;基元(vii)中Z为R或K;以及基元(viii)中Z为T或S或者次优选地为Q。特别优选的该酶的实施方案含有一种或多种选自下列的序列(i)(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G);(ii)(I/V)VVGC GG(I/L/Q)FP(V/A/T)E;(iii)(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G);(iv)(I/V)VVGCGGKFP(V/A/T)(S/G);(v)(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)E;(vi)(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E;(vii)(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)(S/G)。
本发明也包含了含有编码本发明的酶的区域的分离多核苷酸,尤其这样的多核苷酸含有例如SEQ ID No.4或5中描述的序列,或者含有通过将位于SEQ ID No.4或5序列中的内含子与植物基因组文库中含有的多核苷酸杂交所得的序列。本发明也包括含有编码叶绿体转运肽和位于该肽3端的双子叶植物的(dicotyledenous)抗草甘膦的5-烯醇式丙酮酰莽草酸磷酸合酶(EPSPS)的区域的分离多核苷酸,该区域位于植物可操作启动子的表达控制之下,但以该启动子相对于该区域不是异源的和叶绿体转运肽相对于该合成酶不是异源的为条件。
“异源的”表示来自不同的来源,相应地“非异源的”表示出自相同的来源——但是在基因水平上而不在有机体或组织水平上。例如CaMV 35S启动子相对于矮牵牛花EPSPS编码序列明显地是异源的,因为启动子来源于病毒而它所控制表达的序列来源于植物。可是根据本发明,术语“异源的”有着更狭窄的含义。例如,当其涉及本发明时,“异源的”表示矮牵牛花EPSPS编码序列相对于如也来源于矮牵牛花的启动子(不是控制EPSPS基因表达的启动子)是“异源的”。在这一意义上来说,来源于矮牵牛花EPSPS基因并用于控制同样来源于矮牵牛花的EPSPS编码序列表达的矮牵牛花启动子相对于该编码序列是“非异源的”。可是,“非异源的”并不意味着启动子和编码序列必须一定从同一种和同样的(原始的或祖先)多核苷酸中获得。同样地,关于转运肽也一样。例如,来源于向日葵的核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶叶绿体转运肽相对于同样来源于向日葵(同样的植物、组织或细胞)的EPSPS基因编码序列是“异源的”。来源于向日葵的核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶转运肽编码序列相对于也来源于向日葵的核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶编码序列是“非异源的”,即使两者序列的来源为可能存在于不同的细胞、组织或向日葵植株中的不同的多核苷酸。
该多核苷酸最特别优选的形式包含了在转录本的5至3方向上含有下列组分的构建体或者(1)(i)至少一个转录增强子,其为增强区域,位于从中获得增强子的序列的转录起始点的上游,而且增强子本身在内源性地含有它的序列中或当它作为构建体的一部分而异源地存在时不能发挥启动子的作用;(ii)来自大豆EPSPS基因的启动子;
(iii)编码大豆EPSPS叶绿体转运肽的大豆基因组序列;(iv)编码大豆EPSPS的基因组序列;(v)转录终止子;其中大豆EPSPS编码序列和野生型序列相比较经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPLTAAV的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSLTAAV;或者(2)(i)至少一个转录增强子,其为增强区域,位于从中获得增强子的序列的转录起始点的上游,而且增强子本身在内源性地含有它的序列中或当它作为构建体的一部分而异源地存在时不能发挥启动子的作用;(ii)来自欧洲油菜(Brasicca napus)EPSPS基因的启动子;(iii)编码欧洲油菜EPSPS叶绿体转运肽的欧洲油菜基因组序列;(iv)编码欧洲油菜EPSPS的基因组序列;(v)转录终止子;其中欧洲油菜EPSPS编码序列和野生型序列相比较经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPLTAAV的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSLTAAV。
本发明的多核苷酸,特别是在刚刚前述的段落中揭示的两个,可能进一步含有编码叶绿体转运肽/磷酸烯醇丙酮酸合成酶(CTP/PPS)或叶绿体转运肽/丙酮酸正磷酸二激酶(CTP/PPDK)的序列,该序列位于植物可操作启动子的表达控制之下。特别优选的是,PPDK蛋白质序列通过其自身的转运肽在植物内被导向叶绿体,相应地刚刚前述的句子中的多核苷酸编码这样的非异源组合物。PPDK编码序列可以来源于单子叶植物或双子叶植物,如此编码的蛋白质可选地为非冷不稳定的。“非冷不稳定的”表示当在与Usami等人(1995)Plant Mol.Biol.,27,969-980的条件相似的实验条件下于0摄氏度孵育5分钟,该酶保留至少50%的活性。这样的“冷稳定的”酶至少要比从F.bidentis中分离的类似的酶稳定两倍。PPS或PPDK酶造成了作为草甘膦作用位点并含有EPSPS酶的叶绿体中提高的PEP水平。
多核苷酸的增强区域优选地构成这样一个序列,其3末端位于从中获得增强子的序列的最近转录起始点上游至少40个核苷酸处。在多核苷酸的进一步实施方案中,增强区域构成这样一个区域,其3末端位于所述的最近起始点上游至少60个核苷酸处;在多核苷酸的更进一步实施方案中,所述的增强区域构成这样一个序列,其3末端位于从中获得增强子的序列的TATA共有序列第一个核苷酸上游至少10个核苷酸处。
根据本发明的多核苷酸可能含有两个或更多个转录增强子,它们在特定的多核苷酸实施方案中可能是串联存在的。
在本发明的多核苷酸中,增强子或第一个增强子(如果有多于一个增强子存在)的3末端可能位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子上游约100到约1000核苷酸之间,或者在该区域含有内含子或别的非翻译序列的情况下,位于5非翻译区中内含子或别的非翻译前导序列的第一个核苷酸的上游大约100至大约1000个核苷酸之间。在更优选的多核苷酸实施方案中,增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中第一个核苷酸的上游大约150至大约1000个核苷酸之间;在更进一步优选的实施方案中,增强子或第一个增强子的3末端可能位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子上游约300到约950核苷酸之间,或者位于5非翻译区中内含子或别的非翻译前导序列的第一个核苷酸的上游大约300至大约950个核苷酸之间。在更加优选的实施方案中,增强子或第一个增强子的3末端可能位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子或别的非翻译前导序列的第一个核苷酸的上游大约770至大约790个核苷酸之间。
在另一个本发明的多核苷酸中,增强子或第一个增强子的3末端可能位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子或别的非翻译前导序列的第一个核苷酸的上游大约300至大约380个核苷酸之间;在优选的该另一个多核苷酸的实施方案中,增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子或别的非翻译前导序列的第一个核苷酸的上游大约320至大约350个核苷酸之间。
在根据本发明的多核苷酸中,来自EPSPS基因的启动子的上游区域可能含有至少一个来源于位于启动子转录起始点上游的序列的增强子,其中所述启动子选自肌动蛋白、rolDFd、S-腺苷高半胱氨酸酶、组蛋白、微管蛋白、多聚遍在蛋白质与质体蓝素基因和CaMV35S与FMV35S基因的启动子。
相应地,本发明的多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于肌动蛋白基因转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
作为另一种选择,多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于rolDfd基因转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
作为另一种选择,多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于组蛋白基因转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
作为另一种选择,多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于微管蛋白基因转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
作为另一种选择,多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于CaMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
作为另一种选择,多核苷酸可能在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于FMV35S启动子转录起始点上游的序列的转录增强区域的增强子。
无论各种增强子以什么样的同一性和并置出现在多核苷酸中,构成EPSPS叶绿体转运肽翻译起始点的密码子5端的核苷酸可能为优选的Kozack。这一点意味着什么对于熟练的技术人员来说是相当熟悉的,而且将会从下面的实施例中变得更加明晰。
特别优选的本发明的多核苷酸实施方案包含编码来源于相对高度表达的基因(如葡聚糖酶、查耳酮合成酶与核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶基因)的非翻译5前导序列的序列,所述序列位于编码EPSPS叶绿体转运肽的序列上游。
本发明的多核苷酸也可能含有位于编码EPSPS叶绿体转运肽的基因组序列5端的非翻译区中的病毒来源的翻译增强子。本领域中熟练的技术人员知道这样适合的翻译增强子(例如来源于TMV的Omega与Omega主要(prime)序列和来源于烟草蚀刻病毒的Omega与Omega主要序列的同一性),以及怎样将这样的翻译增强子引入到多核苷酸中以造成所期望的增长的蛋白质表达结果。
根据本发明的多核苷酸可能进一步包含编码某些蛋白质的区域,这些蛋白质能够赋予含有它的植物材料至少一种下列农艺上所想要的特性对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱(dessication)和除草剂的抗性。尽管这样的多核苷酸期望除草剂抗性赋予基因而不是EPSPS,如草甘膦氧化还原酶(GOX),但是除草剂可能不为草甘膦,在此情形下抗性赋予基因可以选自编码下列蛋白质的基因膦丝菌素乙酰基转移酶(PAT)、羟苯基丙酮酸双加氧酶(HPPD)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)、细胞色素P450、乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)、乙酰乳酸合成酶(ALS)、原卟啉原氧化酶(PPO)、二氢蝶酸合成酶、多胺转运蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、溴苯腈腈水解酶、八氢番茄红素去饱和酶(PDS)、从真养产碱杆菌(Alcaligenes eutrophus)中可获得的tfdA基因的产物和已知的上述蛋白质的经过诱变或其他修饰的变体。在多核苷酸提供多重除草剂抗性的情形下,这样的除草剂可以选自二硝基苯胺除草剂、三唑并-嘧啶、尿嘧啶、苯脲、三酮、异噁唑、N-乙酰苯胺、噁二唑、triazinone、sulfonanilide、酰胺、酰基苯胺、isoxaflutole、氟咯草酮、哒草伏和triazolinone类型的除草剂,以及种子发芽后除草剂选自草甘膦与其盐、草铵膦、黄草灵、灭草松、双丙氨酰膦、除草定、稀禾定或其他环己二酮、麦草畏、蔓草磷、胺草唑、苯氧基丙酸、喹禾灵或其他芳氧基-苯氧基丙酸、毒莠定、伏草隆(fluormetron)、莠去津或其他三嗪、嗪草酮、氯嘧黄隆、绿黄隆、flumetsulam、氯吡啶磺隆、嘧黄隆(sulfometron)、灭草喹、咪草烟、异噁酰草胺、咪草啶酸(imazamox)、磺草唑胺、嘧疏苯甲酸钠(pyrithrobac)、砜嘧磺隆、苄嘧黄隆、烟嘧黄隆、氟黄胺草醚、乙羧氟草醚、KIH9201、ET751、carfentrazone、mesotrione、磺草酮、百草枯、敌草快、溴苯腈和噁唑禾草灵。
根据本发明的多核苷酸的特殊实施方案提供了对于草甘膦和原卟啉原氧化酶(PPGO)抑制剂尤其是butafenicil两者的抗性,为此相应的抗性蛋白质为PPGO或其抗性变体。特别优选的编码这样的除草剂抗性赋予组合的构建体包含本发明EPSPS编码序列和编码PPDK或PPS以及抗PPGO抑制剂的PPGO酶的编码序列,这些序列(如果需要)可通过其自身的转运肽而被导向叶绿体,并且如果蛋白质编码序列是植物来源而非细菌来源,这些序列可位于非异源启动子的表达控制之下。
在多核苷酸含有编码杀昆虫蛋白的序列的情形下,这些蛋白质可能选自来源于Bt的结晶毒素,包括分泌型Bt毒素、蛋白酶抑制剂、凝集素、致病杆菌(Xenhorabdus)/光杆状菌(Photorhabdus)毒素。真菌抗性赋予基因可选自编码已知的AFPs、防卫素、几丁质酶、葡聚糖酶和Avr-Cf9的基因。特别优选的杀昆虫蛋白为cryIAc、cryIAb、cry3A、Vip1A、Vip1B、Vip3A、Vip3B、半胱氨酸蛋白酶抑制剂和雪花莲凝集素。在多核苷酸含有细菌抗性赋予基因的情形下,这些基因可选自编码杀菌肽和techyplesin及其类似物的基因。病毒抗性赋予基因可选自编码病毒外壳蛋白、运动蛋白、病毒复制酶和已知提供病毒抗性的反义与核酶序列的基因;然而,逆境、盐和干旱抗性赋予基因可选自编码谷胱甘肽-S-转移酶与过氧化物酶的基因、构成已知的CBF1调节序列的序列和已知造成海藻糖积累的基因。
根据本发明的多核苷酸可以经过下述修饰来提高其含有的蛋白质编码序列的表达可以除去mRNA不稳定基元和/或偶然拼接区域,或者使用作物偏爱密码子,以使植物中经如此修饰的多核苷酸的表达产生相似的蛋白质,该相似的蛋白质与在内源性地含有非修饰多核苷酸的这样区域的有机体中通过非修饰多核苷酸蛋白质编码区域的表达而获得的蛋白质具有基本上相似的活性/功能。经修饰的多核苷酸和该植物中内源性地含有并编码基本上相同的蛋白质的多核苷酸之间的同一性程度可以达到某一程度,以防止经修饰的和内源的序列之间的共抑制。在这种情形下,这些序列之间的同一性优选地应该小于大约70%。
本发明此外还包括含有本发明的多核苷酸的生物或转化载体。因此,“载体”尤其表示下列中的一种质粒、病毒、粘粒或者经转化或转染以致含有该多核苷酸的细菌。
本发明此外还包括用所述的多核苷酸或载体转化的植物材料,以及已经或将用含有编码某些蛋白质的区域的多核苷酸进一步转化的此类经转化的植物材料,所述蛋白质能够赋予含有它的植物材料具有至少一种下列农艺上所想要的特性对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱和除草剂的抗性。
本发明此外还包括由从用本发明的多核苷酸转化的材料中再生出来的植物和产生于用含有编码能够造成叶绿体中磷酸烯醇丙酮酸水平提高的蛋白质(如磷酸烯醇丙酮酸合成酶(PPS)或丙酮酸正磷酸二激酶(PPDK))的序列的多核苷酸转化的材料再生的植物杂交产生的形态上正常并可育的完整植物。这样的蛋白质通过合适的转运肽而被导向叶绿体——在PPDK酶的情形下优选地通过自身的肽。
本发明此外还包括包含本发明的多核苷酸的形态上正常并可育的完整植株,该植株由从用本发明的多核苷酸或载体转化的材料中再生出来的植物和用含有编码CTP/PPS或CTP/PPDK的区域和/或编码能够赋予含有它的植物材料具有至少一种下列农艺上所想要的特性(对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱和除草剂的抗性)的蛋白质的区域的多核苷酸转化的植物杂交产生。本发明也包括结果形成的植物的子代,它们的种子和植物体部分。
本发明的植物可以选自农作物、水果和蔬菜,例如canola、向日葵、烟草、糖甜菜、棉花、玉米、小麦、大麦、水稻、高粱、饲料甜菜、西红柿、芒果、桃、苹果、梨、草莓、香蕉、瓜、马铃薯、胡萝卜、莴苣、甘蓝、洋葱、大豆(soya spp)、甘蔗、豌豆、蚕豆(field bean)、白杨、葡萄、柑橘、苜蓿、黑麦、燕麦、草坪与饲料用草、亚麻与油料种子油菜和未特别提及的产坚果植物,它们的子代、种子和植物体部分。
特别优选的这样的植物包括大豆、canola、芸苔、棉花、糖甜菜、向日葵、豌豆、马铃薯和饲料甜菜。
本发明此外还包括选择性地控制农田中杂草的方法,该农田里含有杂草和本发明的植物或其具有除草剂抗性的子代,该方法包含将草甘膦类型的除草剂以能够控制杂草而又基本上不影响植物的足够的数量向田中施用。根据这个方法,一种或多种除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、杀线虫剂、杀菌剂和抗病毒剂可以在草甘膦除草剂施用之前或之后向农田(其中含有植物)中施用。
本发明此外还提供生产对于草甘膦除草剂具有基本的耐受性或基本的抗性的植物的方法,其包括下列步骤(i)用本发明的多核苷酸或载体转化植物;(ii)选择经如此转化的材料;和(iii)将经如此选择的材料再生成形态上正常并可育的完整植物。
转化可以包括用任何已知的方法将多核苷酸引入材料中,特别是采用下列方法(i)用包裹有多核苷酸的微粒对材料进行弹果(biolistic)轰击;(ii)用覆盖着含有多核苷酸的溶液的金刚砂纤维对材料进行穿刺;或者(iii)将多核苷酸或载体引入土壤杆菌(Agrobacterium)中,并将经如此转化的土壤杆菌和植物材料进行共培养,从而植物材料得到转化,随后进行再生。对于特定的植物种类可能需要常规修正的植物转化、选择和再生技术对于熟练的技术人员来说是熟知的。经如此转化的植物材料可以通过其对草甘膦的抗性来选择。
本发明此外还提供本发明的多核苷酸或载体在对于草甘膦具有基本的耐受性或基本的抗性的植物组织和/或形态上正常并可育的完整植物的生产中的用途。
本发明此外还包括选择经过转化从而可以表达目的基因的生物材料的方法,其中经转化的材料含有本发明的多核苷酸或载体,以及其中选择程序包含使经转化的材料受到草甘膦或其盐的处理,然后选择存活的材料。该材料可以是植物来源的,尤其可以来源于选自大豆、糖甜菜、棉花和芸苔的双子叶植物。
本发明此外还包括再生出含有外源DNA的可育的转化植物的方法,包括下列步骤(a)产生来自该植物的再生组织用于转化;(b)用该外源DNA转化该再生组织,其中该外源DNA含有选择性DNA序列,该序列在再生组织中作为选择装置发挥作用;(c)步骤(b)之后大约1天至60天之间,将从步骤(b)中得来的该再生组织置于能够使该组织中产生出苗的培养基之中,其中该培养基可能进一步含有用于选择含有该选择性DNA序列的再生组织的化合物,从而可以进行经转化的再生组织的鉴定或选择;(d)在至少一棵苗从步骤(c)的经选择的组织中形成之后,将该苗转移到能够从该苗中产生出根的第二个培养基之中从而形成植物幼苗,其中第二个培养基可选地含有该化合物;和(e)培育该植物幼苗成为可育的转基因植物,其中外源DNA以孟德尔方式遗传至子代植物中,其特征在于外源DNA为根据本发明的多核苷酸,或外源DNA所包含的选择性DNA序列含有根据本发明的多核苷酸,以及该化合物为草甘膦或其盐。植物可以为上面所指出的双子叶植物——更优选地选自大豆、canola、芸苔、棉花、糖甜菜、向日葵、豌豆、马铃薯和饲料甜菜,该再生组织可以由胚胎发生愈伤组织、体细胞胚、未成熟胚等等组成。
本发明也包括含有用于检测本发明的酶或者多核苷酸或其编码的酶的手段(means)的诊断试剂盒,因此该试剂盒适合于鉴定含有这些的组织或样品。多核苷酸可以通过技术人员所熟知的PCR扩增来检测,所用引物可以容易地得自本申请中揭示的酶编码序列。酶本身可以通过例如在诊断上辨别这些酶所含有的抗原区域的抗体的使用来检测。
经过下列的描述并结合相关的附图与序列表,本发明将会进一步变得明晰。
序列SEQ ID No.1描述了欧洲油菜的基因组DNA2 Bn EPSPS5 (PCR引物)3 Bn EPSPS3 (PCR引物)4 BnF1 (PCR引物)5 BnF2 (PCR引物)6 BnF3 (PCR引物)7 BnF4 (PCR引物)8 BnF5 (PCR引物)9 BnF6 (PCR引物)10 BnF7 (PCR引物)11 BnF8 (PCR引物)12 BnF9 (PCR引物)13 BnF10 (PCR引物)14 BnF11 (PCR引物)15 BnF12 (PCR引物)
16 BnXho (PCR引物)17 BnMUTBot (PCR引物)18 BnMUTTop (PCR引物)19 BnNde (PCR引物)20 BnRBSEP(PCR引物)21 Brasr 12 (PCR引物)22 Brasr 11 (PCR引物)23 Bnapus开始rev24 基因组步查125 基因组步查226 CaMV343(PCR引物)27 CaMV46C(PCR引物)28 BnGUSXMa (PCR引物)29 FMV增强子30 CaMV35S增强子31 大豆基因组EPSPS序列克隆1/1432 大豆基因组EPSPS序列克隆1/1233 EPSPS 10反向(PCR引物)34 EPSPS 4正向 (PCR引物)35 含有双突变的SEQ ID No.3136 含有双突变的SEQ ID No.3237 FMV35S90增强子38 FMV35S46增强子39 Gm Term Bam(PCR引物)40 Gm Term Eco(PCR引物)41 BnMUT2PST (PCR引物)42 BnMUTKPN (PCR引物)43 GmRubPac (PCR引物)44 GmRubbot (PCR引物)
45 GmRubtop (PCR引物)46 GmRubKpn (PCR引物)47 ZMPPDK1(PCR引物)48 ZMPPDK2(PCR引物)49 ECPPS1 (PCR引物)50 ECPPS2 (PCR引物)51-65 存在于稳定的本发明EPSPS蛋白质中的基元实施例用于克隆、表达和鉴别本发明的稳定的抗草甘膦EPSP合成酶的方法将于此处得到描述。
本发明的稳定的抗草甘膦EPSPS是以经过在合适的缓冲液中于37℃孵育至少4个小时之后仍保持稳定(保留大于大约80%的催化活性)为特征的。下面将通过例子说明,酶稳定性实验可以用基本上纯化的、部分纯化的或粗制的酶提取物制剂(例如后者可作为经遗传工程学方法改变而表达抗草甘膦EPSPS的转基因植物提取物而容易地获得,或相似地可作为经遗传工程学方法改变而表达编码抗草甘膦EPSPS的转基因的微生物提取物而容易地获得)合适地来进行。理想地,测试抗草甘膦酶的稳定性应以两种方式进行以纯化的形式;然后将纯化的蛋白质添加回粗制的植物提取物中从而在更逼真的类植物体内条件下来测试它们。在这样的提取物中,源自抗草甘膦EPSPS的酶活性能够容易地通过在一定范围的草甘膦浓度下测试活性而从易受影响的内源性EPSPS背景中区别出来。在草甘膦的区别浓度(例如0.1mM草甘膦,存在有0.1mM PEP)下,几乎所有测到的活性均来自抗性酶。
实施例1鉴定稳定的抗草甘膦EPSP合成酶的方法为了测试抗草甘膦EPSPS的稳定性,该酶的测试溶液(按照下面的描述于pH~7.0-7.5的缓冲液中和以纯化或部分纯化的形式制备)于37℃加热4-5个小时。然后将经加热的酶的抗草甘膦活性和a)同样地制备但保持于冰温下的样品以及b)新鲜制备的同样样品的活性相比较。
本发明的稳定的抗草甘膦酶通过下列事实来表征,于37℃经过5小时的孵育,当按照下面的描述进行检测时,它们相对于合适的对照丧失很少的(如果有的话)其原始的抗草甘膦催化活性(小于20%,优选地小于15%,更优选地小于10%)。优选地使用基本上纯的酶进行稳定性实验,尽管当使用粗制的制剂或将纯蛋白质添加到粗制的提取物中时通常也可以获得非常相似的结果。适合用于酶提取物的检测和制备的方法在下面得到进一步的详细说明。抗草甘膦EPSPS的稳定性可以适当地通过各种别的基本上同等的方法(例如将酶于稍微高些的温度加热更短的时间,或者于更低的温度加热更长的时间,如于25℃保持3天)来评测。
实施例2检测EPSPS活性和测定动力学常数的方法一般根据Padgette等人1987(Archives of Biochemistry andBiophysics,258(2)564-573)的放射化学方法用K+作为阳离子平衡离子的主要种类来进行检测。25℃、pH7.0、含有50mM Hepes(KOH)且总体积为50μl的试样包含适当稀释于pH7.0并含有10%甘油与5mM DTT的Hepes中的纯化的酶或植物提取物(见下),14C PEP作为变化的底物(用于动力学测定)或者固定在100或250μM,按照说明莽草酸-3-磷酸(K+盐)为0.75或2mM。可选地,对于粗制的植物提取物的检测,试样还包含5mM KF和/或0.1mM钼酸铵。通过14C磷酸烯醇丙酮酸(环己铵+盐)的添加开始进行检测,并于2-10分钟(优选的为2分钟)后通过含1份乙酸和9份乙醇的50μl溶液的添加终止检测。在检测终止之后,取20μl溶液上样到synchropak AX100(25cm×4.6cm)柱上,然后采用0.28M磷酸钾、pH6.5且流速为0.5ml/min的流动相的等度洗脱进行色谱分析并超过35分钟。在这些条件之下,对于PEP和EPSP的保持时间根据个别的柱分别为~19和25分钟。CP 525TR闪烁计数器连接于AX100柱的末端。其装配有0.5ml流动吸收池,闪烁剂(Ultima FloAP)的流速设定为1ml/min。将PEP和EPSP相关的峰面积进行积分,从而确定出标记的PEP向EPSP转化的百分率。表观Km和Vmax值通过使用来自ErithacusSoftware Ltd.的Grafit 3.09b经简单加权用最小二乘拟合成双曲线(least squares fit to a hyperbola with simple weighting)来确定。Km值一般使用8-9种在Km/2至10Km间变化的可变底物的浓度和三重点来确定。除了特别指出的地方之外,数据点只包括在底物向EPSP的转化率小于30%的分析之中。
莽草酸-3-Pi(S3P)按照下述方法制备,向pH8.5且含有0.05M莽草酸、0.0665M ATP(Na盐)、10mM KF、5mM DTT和0.05MMgCl26H2O的7ml 0.3M TAPS中加入75μl 77单位(μmol min-1)ml-1的莽草酸激酶溶液。在室温下24小时后,通过95℃的短暂加热来终止反应。将反应溶液于pH9的0.01M Tris HCl中作50倍稀释,然后通过用0-0.34M LiCl2梯度在Dowex 1X8-400上的阴离子交换进行色谱分析。将S3P部分合并、冻干,然后再溶解于7ml蒸馏水中。然后加入28ml 0.1M Ba(CH3COOH)2和189ml无水乙醇。将该溶液于4℃搅拌过夜。收集结果所得的S3P三钡沉淀,并在30ml 67%乙醇中洗涤。然后将经洗涤的沉淀溶解于~30ml蒸馏水中。通过加入K2SO4就可与所要求的一样产生出S3P的K+盐。对于添加硫酸盐的最小过量应非常小心。除去BaSO4沉淀,再将含有所需的S3P盐的上清液冻干。将每一种盐称重并用质子NMR分析。如此制备的S3P制剂根据质子NMR具有大于90%的纯度,根据其重量和31P NMR的积分只含有很少的残余的硫酸钾。
实施例3适用于EPSPS检测的植物材料提取物的制备用液氮冷却的研钵和研杵将愈伤组织或植物幼苗材料(0.5-1.0g)研磨成细的冷冻粉末。该粉末溶解于等体积的合适的经冷却的提取缓冲液(例如pH7.5且含有1mM EDTA、3mM DTT、1.7mM’pefabloc’(丝氨酸蛋白酶抑制剂)、1.5mM亮抑蛋白酶肽、1.5mM胃蛋白酶抑制剂A、10%v/v甘油和1%聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrolidone)的50mM Hepes/KOH缓冲液)中,再次悬浮,混和并于经冷却的离心机中离心以沉降下碎片。上清液沿着冷却的Sephadex G25的PD10柱经过交换而进入pH7.5且含有1mM EDTA、3mM DTT和10%v/v甘油的25mM Hepes/KOH缓冲液中。蛋白质通过用牛血清白蛋白标准化的Bradford方法来评估。提取物的一部分冷冻于液氮中;一部分立即进行检测。
实施例4检测在粗制的植物材料中EPSPS的活性和区别草甘膦抗性在总活性中的比例的方法植物提取物的EPSPS检测按照上面描述的方法用0.1mM14C-PEP和0.75mM莽草酸-3-Pi在不存在或存在0.1mM N-(膦酰基甲基)甘氨酸的条件下进行。在这些检测条件下,根据评估,本发明的EPSPS的有抗性的形式只有小于8.5%被抑制,而敏感的w/t形式基本上完全被抑制(大于98%)。因此,存在草甘膦(A)的条件下所观测到的活性水平代表了来源于转基因表达的抗性酶的水平的~92%,而易受影响的w/t EPSPS的水平等于不存在草甘膦的条件下所观测到的EPSPS活性的总水平减去Ax的值~1.08。因为本发明的突变型酶的Vmax据评测仅为例如w/t酶的Vmax的大约三分之一(而且因为对于w/t与突变型的PEP的Km值据评测为大约20μM或更少),所以突变型酶多肽的表达水平相对于内源性的w/t EPSPS的表达水平的比率比以它们的观测到的相对活性的比率为基础计算的比率高约三倍。EPSPS多肽表达(突变型+w/t)的总水平也是用蛋白质印迹法来评测的。
实施例5编码成熟的欧洲油菜EPSPS的w/t cDNA在大肠杆菌(E.coli)中的克隆和表达用来自BRL的Superscript RT按照厂商所提供的建议通过RT-PCR从温室培育的欧洲油菜植物中分离得到的RNA之中扩增欧洲油菜EPSPS cDNA。PCR使用来自Stratagene的Pfu turbo聚合酶按照厂商所提供的方法来进行。基于已知的核苷酸序列(EMBL目录号X51475)的合适设计的寡核苷酸引物用于扩增反应和逆转录阶段。使用Invitrogens Zero Blunt TOPO试剂盒将PCR产物克隆进pCRBlunt II中。插入片段序列用测序法进行确认,并证实该预期的可读框相当于预期的成熟的叶绿体的欧洲油菜EPSPS蛋白质的可读框,但有一点不同的是存在一个起始Met。经克隆和证实的EPSPS序列用本领域所熟知的合适的限制酶切除,然后将经纯化的片段克隆到经同样消化的pET24a(Novagen)之中。将重组克隆引入到Stratagene提供的经密码子优化的大肠杆菌RP菌株——BL 21(DE3)之中。在向发酵罐培养基(补充了100μg/ml卡那霉素的LB)中加入1mM IPTG后,EPSPS蛋白质在该菌株中得到了表达。以下述方法确定了准确预知质量的重组蛋白质(i)以考马斯将细胞提取物的SDS凝胶染色,并与经考马斯染色的转化了空的pET24a载体的相同的大肠杆菌细胞提取物的凝胶放在一起比较和(ii)通过使用前面纯化的植物EPSPS蛋白质的多克隆抗体进行蛋白质印迹法分析。
实施例6抗草甘膦的突变体欧洲油菜EPSPS在大肠杆菌中的克隆和表达pCRBlunt中的欧洲油菜EPSPS cDNA用作模板以进行两个PCR,所使用的引物对被设计为可引入特殊的改变以使结果所得的反应产物编码经修饰的EPSPS蛋白质,其中第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPLTAAV的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSLTAAV。在本领域中,欧洲油菜EPSPS基因的序列是已知的,以及设计用作影响该诱变的引物的方法是熟知的。
由此产生的PCR产物经凝胶纯化,并使用Invitrogens Zero BluntTOPO试剂盒克隆进pCRBlunt II中。确认插入片段的DNA序列和其预测的可读框相当于预测的成熟的叶绿体的欧洲油菜EPSPS蛋白质(有一点不同的是,存在一个起始Met)的可读框,以及编码了所期望的改变(于EPSPS序列内在特定位点上T向I和P向S的特定突变)。经如此克隆和证实的欧洲油菜EPSPS序列用合适的限制酶切除,然后将经纯化的片段克隆到经同样消化的pET24a(Novagen)之中。将重组克隆引入到Stratagene提供的经密码子优化的大肠杆菌RP菌株——BL 21(DE3)之中。在向发酵罐培养基(补充了100μg/ml卡那霉素的LB)中加入1mM IPTG后,EPSPS蛋白质在该菌株中得到了表达。以下述方法确定了准确预知质量的重组蛋白质(i)以考马斯将细胞提取物的SDS凝胶染色,并与经考马斯染色的转化了空的pET24a载体的相同的大肠杆菌细胞提取物的凝胶放在一起比较和(ii)通过使用先前纯化的植物EPSPS蛋白质的多克隆抗体进行蛋白质印迹法分析。这种欧洲油菜EPSPS突变形式按照这里的描述进行纯化和鉴别。
实施例7突变体欧洲油菜EPSPS的纯化和鉴别成熟的突变体欧洲油菜EPSPS蛋白质按下所述于~4℃进行纯化。将25g湿重的细胞在pH7.5且含有5mM DTT、2mM EDTA和20%v/v甘油的50ml 0.1M Hepes/KOH缓冲液中进行洗涤。经过低速离心之后,将细胞沉淀重悬于50ml同样的但还含有2mM’Pefabloc’(丝氨酸蛋白酶抑制剂)的缓冲液中。使用玻璃匀浆器将细胞均匀地悬浮,然后使用Constant Systems(Budbrooke Rd,Warwick,U.K.)Basic Z细胞破裂仪于10000磅/平方英寸破裂细胞。粗制的提取物于~30,000g离心1小时,并丢弃沉淀。加入鱼精蛋白硫酸盐(鲑精蛋白)至0.2%的最终浓度,混和并让溶液静置30分钟。通过于~30,000g离心30分钟除去沉淀出来的物质。加入Aristar级别的硫酸铵至40%饱和度的最终浓度,接着搅拌30分钟,然后于~27,000g离心30分钟。沉淀物重悬于~10ml与用于细胞破裂同样的缓冲液中,再加入硫酸铵使溶液达到~70%的饱和度,将溶液搅拌30分钟并再次离心以产生出沉淀物,将该沉淀物重悬于~15ml的S200缓冲液中(含有1mM DTT、1mMEDTA和20%v/v甘油的10mM Hepes/KOH(pH 7.8))。将该溶液过滤(0.45微米)、上样和经过含有用S200缓冲液平衡的Superdex 200的K26/60柱进行色谱分析。将基于EPSPS酶活性而检测出的含有EPSPS的部分合并,并上样到含有20ml用S200缓冲液平衡的HPQ-Sepharose的xk16柱上。该柱用S200缓冲液洗涤,然后EPSPS在来自同样缓冲液中0.0M至0.2M KCl的线性梯度中洗脱出来。EPSPS在对应于等于或低于大约0.1M的盐浓度的一个单峰中洗脱出来。将基于EPSPS酶活性而检测出的含有EPSPS的部分合并,并上样到用Superdex 75缓冲液(含有2mM DTT、1mM EDTA和10%v/v甘油的25mM Hepes/KOH(pH 7.5))平衡的Superdex 75的HiLoad xk26/60柱上。将基于酶活性而鉴定出的含有EPSPS的部分合并,并上样到1ml用同样的Superdex 75缓冲液平衡的MonoQ柱上。该柱用起始缓冲液洗涤,EPSPS在来自0.0-0.2M KCl的15ml线性梯度的整个过程中以一个单峰洗脱出来。在纯化中的这个阶段可获得接近(>90%)纯的EPSPS。可选择地,EPSPS可通过交换进入含有1.0M(Aristar)硫酸铵的Superdex 75缓冲液中并上样到10ml于同样的缓冲液中平衡的苯基琼脂糖的柱上来进行进一步的纯化。EPSPS在来自1.0-0.0M硫酸铵的下降的硫酸铵线性梯度的过程的早期以一个单峰洗脱出来。
通过这些方法或相似的方法获得的、并按上面的描述在2mM莽草酸-3-Pi存在条件下进行检测的经过纯化的欧洲油菜EPSPS的突变形式具有~5μmol/min/mg的表观Vmax和~25μM的对于PEP的Km。在40μM PEP时,对于草甘膦钾盐的IC50为~0.6mM。突变体EPSPS对于草甘膦钾的估计的Ki值为~0.45mM。
实施例8编码欧洲油菜EPSPS的基因组DNA的克隆编码EPSPS的欧洲油菜基因组DNA片段(SEQ ID No.1)在本领域中是已知的(Gasser和Klee,1990)。PCR引物BnEPSPS5(SEQ IDNo.2)和BnEPSPS3(SEQ ID No.3)用于将EPSPS基因从分离自含油种子用芸苔(Brassica napus var.Westar)的基因组DNA中扩增出来。
Pfu聚合酶用于在下列条件下进行PCR94℃5分钟94℃1分钟55℃30秒72℃12分钟将结果所得的3.8Kb产物克隆进pCR4Blunt-Topo,并用下列的引物测序M13正向、M13反向(Invitrogen)、BnF1(SEQ ID No.4)、BnF2(SEQ ID No.5)、BnF3(SEQ ID No.6)、BnF4(SEQ ID No.7)、BnF5(SEQ ID No.8)、BnF6(SEQ ID No.9)、BnF7(SEQ ID No.10)、BnF8(SEQ ID No.11)、BnF9(SEQ ID No.12)、BnF10(SEQ ID No.13)、BnF11(SEQ ID No.14)、BnF12(SEQ ID No.15)。
实施例9将突变引入编码BnEPSPS的基因组DNA中将所期望的Thr-Ile和Pro-Ser突变用含有密码子改变以引入所期望的氨基酸改变的寡核苷酸引物通过PCR引入到欧洲油菜EPSPS基因中。引物BnXho(SEQ ID No.16)和BnMUTBot(SEQ ID No.17)用于扩增来自含油种子用芸苔基因组DNA的EPSPS的所需区域。同样地,引物BnMutTop(SEQ ID No.18)和BnNde(SEQ ID No.19)用于扩增来自含油种子用芸苔基因组DNA的附加区域。将1μl的每一种PCR产物混和,然后让重叠的互补序列退火。产物然后通过用引物BnXho和BnNde的PCR连接。结果所得的PCR产物经过克隆并测序以检查包含了双突变。将BnEPSPS克隆中的Xho1/Nde1片段切除并用含有双突变的经克隆的Xho1/Nde1片段替换。
实施例10用于植物中突变体欧洲油菜EPSPS的表达、并在编码突变体欧洲油菜EPSPS的基因的上游具有核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列的构建体烟草核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列通过PCR引入到构建体中。引物BnRBSEP(SEQ ID No.20)和Brasr12(SEQ ID No.21)用于从作为模板的50ng野生型欧洲油菜基因组DNA中用Pfu-Turbo聚合酶扩增出产物。将结果所得的PCR产物克隆进pCR4 blunt TOPO中,克隆通过经定向的限制性消化例如可以用Not1(来自载体)和Xho1将其切除来进行鉴定。然后核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列以Not1/Xho1引入经突变的BnEPSPS克隆之中。
实施例11过基因组步查对欧洲油菜EPSPS启动子(用于植物中EPSPS的表达)的鉴定任何植物基因的上游或下游序列的增加的长度可以使用由Clontech提供和指导的基因组步查试剂盒来获得。根据基因组步查试剂盒所带的方案中描述的方法使用欧洲油菜基因组DNA和SEQ IDNo.22和23(Bras r11和Bnapus开始rev)中所描述的引物来获得欧洲油菜EPSPS基因的上游序列。
Bras r11(SEQ ID No.22)引物和基因组步查试剂盒中所提供的AP1引物一起使用,而Bnapus开始rev引物和基因组步查试剂盒所提供的AP2引物一起使用。产物使用来自Invitrogen的TOPO TA克隆试剂盒并根据厂商指导克隆进pCR-TOPO中。PCR用M13正向和反向引物来进行,并使用来自Pharmacia的Ready to Go Beads来确定哪些克隆含有正确大小的插入片段。许多这些克隆用于制造DNA制备物,然后这些DNA用于确定插入片段的核苷酸序列。
第二套引物(分别为SEQ ID No.24和25)用于显示如下的进一步的步查与AP1引物一起的基因组步查1(SEQ ID No.24)与AP2引物一起的基因组步查2(SEQ ID No.25)除了Clontech的方案所推荐的那些之外还可进行另外的基因组消化。这些消化包括Alu I、Hae III、Hinc II和Rsa I。然后这些经消化的DNA进行与按照基因组步查试剂盒所带方案的描述进行的别的消化同样的处理。这样做是为了增加获得正确的长PCR产物的机会。PCR产物使用来自Invitrogen的TOPO TA克隆试剂盒并根据制造指导再次克隆进pCR-TOPO中,然后对于获得自每一个克隆产物并含有正确大小的插入片段的随机克隆进行序列测定。测定插入片段的序列。获得欧洲油菜EPSPS翻译起始位点上游大约1kb长的序列,该序列邻近于所发表的序列。
实施例12用于植物中突变体欧洲油菜EPSPS的表达的构建体35S增强子用引物CaMV343和CaMV46C(分别为SEQ ID No.26和27)通过PCR从载体pMJB1(

图1)中扩增出来。
将PCR产物克隆进载体pCR4Blunt-TOPO中并测序。按照先前的实施例中的描述所获得的所期望的启动子用含有Sph1位点的5引物和BnGUSXma(SEQ ID No.28)从含油种子用芸苔基因组DNA中扩增出来。
PCR产物直接用Sph1和Xma1进行消化,并以Sph1/Xma1(用Sph1部分消化)连接到含有35S增强子的pCR4Blunt-TOPO载体之中。然后将与BnEPSPS启动子融合的CaMV35S增强子用Not1(来自载体)和Xma1从pCR4Blunt中切除,并克隆进含有烟草核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列和突变的欧洲油菜EPSPS基因的pCR4Blunt载体中。FMV增强子(SEQ ID No.29)或CaMV35S增强子(SEQ ID No.30)经化学方法合成,并亚克隆进载体pCR4 BluntTOPO中。以Not1/Sac1将FMV增强子从pCR4-Blunt中切除,并以Not1/Sac1连接到CaMV35S增强子/欧洲油菜启动子/核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列/欧洲油菜EPSPS中。最终的构建体显示在图2中。整个表达盒可以用EcoR 1切除,并连接到用于植物转化的合适载体中。
实施例13植物的转化和再生表达盒用EcoR 1从pFCBnEPSPS载体中切除,并在唯一的EcoR1限制性位点连接到例如二元载体pBin19中。该含有所需的表达盒的二元载体采用Holsters等人(1978)所提供的冻融转化法转化到根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)菌株LBA 4404中。烟草的转化和整个植物的再生用枯斑三生烟(Nicotiana tabacum var.Samsun)并根据Draper等人(Plant Genetic Transformation,Blackwell Sci.Pub.1989)的方案来进行。转化结果物在含有卡那霉素的MS-培养基上进行选择。可选择地,pFCBnEPSPS或者别的能够通过来自大豆的抗草甘膦EPSPS基因的表达在植物中呈递草甘膦抗性的构建体也可以不采用经描述用于大豆的土壤杆菌介导的技术而直接引入植物中。
将构建体采用弹果型方法(例如Santarem ER,Finer,J.J(1999)“使用维持于半固体培养基上的增生性胚胎发生组织的大豆的转化”(Transformation of soyabean(Glycine max(L.)Merrill)usingproliferative embryogenic tissue maintained on a semi-solidmedium),In vitro Cellular and Developmental Biology-Plant 35,451-455;USP-5,503,998,USP 5830728)或者通过土壤杆菌的感染(例如USP-5,024,944,USP 5,959,179)转化入可再生的胚胎发生的大豆组织中。可再生的胚胎发生的大豆组织获取自例如未成熟胚的子叶或别的合适组织。
增生性胚胎发生组织例如可以维持于半固体培养基上。这样的组织例如可通过下面的途径获得。长3-4mm的未成熟的合子胚分离自例如花形成2-3星期后的大豆的豆荚。可以通过“递光”对豆荚中具有正确长度和成熟度的胚胎的存在进行检查。然后将豆荚消毒。移出未成熟胚并从每个中除去轴。然后将未成熟胚置于pH7.0且含有维生素B5、3%蔗糖和40mg/l 2,4-D的“D40-低盐”半固体(0.2%脱乙酰吉兰糖胶)MS盐培养基之上3-4星期。为了胚的增殖,然后将材料转移到pH5.7且含有维生素B5、3%蔗糖、20mg/l 2,4-D和0.2%脱乙酰吉兰糖胶的“D20”MS盐培养基上。选出带有亮绿色的球形的增生性胚的材料,并于每2-3星期进行传代培养。
选出20-25块/板的组织(于轰击前经传代培养4-5天),并排列于含有D20培养基的皿的中央,以用于轰击。组织通过在无菌的罩下暴露15分钟来干燥15分钟。将包裹有DNA构建体的金微粒(例如用上面的参考文献中所描述的方法包裹)用大量商业上可获得的枪中的任何一种两次轰击入D20培养基上的组织中。作为进一步的实施例,使用PDS1000微粒枪。微粒可以采用与Klein等人(1987),Nature,327,70-73所描述的方法相似的方式进行制备和用DNA包裹。可选择地,例如在微离心管中将60mg金或钨微粒(~1.0μm)于HPLC-等级乙醇中反复进行洗涤,然后于无菌水中反复进行洗涤。将微粒重悬于1ml无菌水中,然后在微离心管中分配成50μl等分试样。金微粒储存于4℃,钨微粒储存于-20℃。将3mg DNA加入每一个(解冻的)微粒的等分试样中,并将管子以最高速度涡旋振荡。在维持近持续的涡旋振荡的同时,加入50μl 2.5M CaCl2和20μl 0.1M亚精胺。在经过10分钟进一步的涡旋振荡之后,样品在Eppendorf微离心机中离心5秒,排除掉上清液,然后将微粒在HPLC-等级乙醇的连续添加中进行洗涤。将微粒完全重悬于60μl乙醇中,然后以10μl等分试样分配至PDS1000微粒枪中使用的每一个大载体表面上。PDS1000微粒枪的部件通过浸泡于70%乙醇中和风干进行表面消毒。将按照上面的描述准备的、带有排列成2.5cm圆盘的组织的目标平板置于离阻挡屏6cm处。然后将经适当挑选的裂口盘用于轰击。
轰击后一个星期,将所有的组织块转移到缓冲至pH5.7并含有在0.05至5mM之间合适的选择性浓度的草甘膦的D20培养基上。再过3-4星期之后,将所有的组织转移到含有在该浓度范围内增加了浓度的草甘膦的新鲜D20培养基上。再经过3-4星期之后,挑选出活的组织并于每3-4星期在含有草甘膦的类似的D20培养基中进行传代培养。可选择地,在一些除了草甘膦外的别的选择标记也存在的情况下,那么选择可以按适当的方式进行(例如使用增加浓度的潮霉素)。生长的部分就这样维持着,并在有足够的组织时可以用PCR进行分析以确认它们对于所期望的DNA是转基因的。
为了使胚发育和成熟,将组织块置于包含MS盐的M6培养基上,该MS盐pH5.7并且含有维生素B5、6%麦芽糖和0.2%脱乙酰吉兰糖胶。6-9个团块于23℃置于高的皿中。3-4星期之后,胚伸长了,可以将其分离并转移以进行另一轮M6培养基上的培育。4-6星期之后,胚成为奶油色并可准备进行干燥。将9个这样的奶油色胚置于干燥的培养皿中,然后用Parafilm封口并放到架子上2-3天。胚应该是有些软的,而不是“松脆而易碎的”。
经干燥的胚可以通过置于OMS(无生长调节因子的MS培养基)上进行发芽。在通常发生于一星期内的发芽之后,将植物转移到更大的盒子中,一旦形成足够的根和苗就可从那时起转移到土壤中。为了防止真菌污染,用蒸馏水从根部洗去OMS是适宜的。可将植物保持和生长于高湿和最初24小时光照的条件下。可让植物在24小时光照条件下生长至大约2英尺高,然后通过转换成16小时光照的状况来促进植物开花和形成豆荚。收集种子,后代用通常的植物育种方法经培养、杂交和回交以便将转基因移入所期望的植物背景中。植物可采用通常的分子生物学方法包括PCR分析、Southern、Western、ELISA和酶测定技术进行常规分析以确定转基因的存在和表达。
实施例14获得编码稳定的抗草甘膦EPSPS的基因的方法在本发明的一个实施方案中,例如以此处所述的方法构建了适合于在大肠杆菌中表达的抗草甘膦EPSPS基因,在其编码序列中,第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含下列保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL。
本发明的稳定的抗草甘膦EPSP合成酶和编码它们的基因然后可通过下述方法获得经随机或部分随机诱变(例如用化学和UV诱变)过程,经使用非校读DNA聚合酶(例如在如XL1 red菌株中)或者经使用许多“直接进化”方法(例如由Kuchner和Amold(1997)在TIBTECH,15,523-530中所综述的或由Stemmer(1994)在PNAS,91,10747-10751中所描述的)中的任何一种来产生大量的变异体,再选择出表达稳定的且保持草甘膦抗性的EPSPS的基因。选择的合适方法包括,例如突变基因(如来自弱的组成型启动子)在生长于提高了的温度(如37-42℃)下的大肠杆菌Aro A菌株中的表达,和选择出那些最能够在基本培养基(可选地还含有草甘膦)中生长的转化体。可选择地,在培养基含有选择性浓度的草甘膦的条件下,可以使用非aro A宿主菌株(优选地如rec A)。熟练的技术人员会认识到许多诱变和选择的方法可以应用于本发明范围之内。
实施例15稳定的抗草甘膦EPSPS和编码它们的基因稳定的欧洲油菜EPSPS双突变形式为本发明的一个实施例。熟练的技术人员会认识到在别的实施例中本发明的这样的EPSPS和编码它们的基因可以用与上面所描述的相同或相似的方法进行克隆、分离和鉴别。
在本发明的EPSPS和EPSPS基因序列中,编码序列在第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,在第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含下列保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL。
本发明的EPSPS蛋白质序列的进一步特征在于它们不包含具有序列K(A/V)AKRAVVVGC GGKFPVE的区域。
本发明的EPSPS蛋白质序列的进一步特征在于它们包含至少一种以(i)至(viii)列于下的氨基酸序列基元(i)ALLMZAPLA,其中Z不是S或T;(ii)EIEIZDKL,其中Z不是V;(iii)FG(V/I)(K/S)ZEH,其中Z不是V;(iv)AL(K/R)ZLGL,其中Z不是R;(v)GLXVEZ1DXZ2XXXA(I/V)V,其中Z1不是T和/或Z2不是E;(vi)ITPPZ1K(L/V)(K/N)Z2,其中Z1不是K和/或Z2不是T;(vii)TIZ(D/N)PGCT,其中Z不是N或L;(viii)(D/N)YFXVLXZXX(K/R)H,其中Z不是R。
其中X为任意氨基酸以及Z、Z1和Z2为除了指定的那些氨基酸之外的任意氨基酸。
对于本发明的EPSPS基因和蛋白质,更优选的为蛋白质序列包含序列基元(i)、(ii)、(iii)、(v)和(vi)中的至少一种,优选地包含这些中的至少两种。
此外,氨基酸序列基元(i)中Z优选地为A;序列基元(ii)中Z优选地为I;序列基元(iii)中Z优选地为A;序列基元(iv)中Z优选地为K、T或A;序列基元(v)中Z1优选地为R或A以及次优选地为D或E,Z2优选地为V或A以及次优选地为T;序列基元(vi)中Z1优选地为E或A,Z2优选地为P、I或V;序列基元(vii)中Z优选地为R或K;序列基元(viii)中Z优选地为T或S以及次优选地为Q。
此外,一些本发明的EPSPS蛋白质序列的特征在于它们包含至少一种下列的序列(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G)或(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E或(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G)或(I/V)VVGCGGKFP(V/A/T)(S/G)或(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)E或(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E或(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)(S/G)。
此外,本发明的EPSPS序列优选地来源于双子叶植物。
实施例16来源于大豆的稳定的抗草甘膦EPSPS本发明优选的实施例为这样的EPSPS蛋白质序列和编码它们的DNA序列,其来自大豆(见例如EPSPS基因SEQ ID No.33和34)并根据实施例15经过任选的修饰从而产生稳定的抗草甘膦EPSP合成酶。
特别优选的实施例为来源于大豆并具以下特征的EPSP合成酶基因(a)编码序列在第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,在第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含下列保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL;和(b)DNA编码序列可以依照实施例15进行进一步的修饰,以致编码的蛋白质含有氨基酸序列基元(ii)、(iii)、(v)和(viii)中的至少一种,优选的为两种或更多种。
实施例17编码EPSPS的大豆部分长cDNA的克隆大豆RNA用TrizolTM试剂按由Gibco BRL所描述的方法进行分离,cDNA第一链使用简并引物EPSPS 10反向(SEQ ID No.35)并按照厂商提供的方案用Superscript II(Gibco BRL)来合成。在PCR中,使用经逆转录的大豆cDNA第一链产物作为模板,引物为EPSPS4正向(SEQ ID No.34)与EPSPS 10反向(SEQ ID No.33),并根据厂商提供的方案使用由AmershamPharmaciaTM提供的ready to goPCR beads。
使用下列PCR条件1.94℃ 3分钟1个循环2.94℃ 45秒50℃ 30秒72℃ 1分钟25个循环3.72℃ 10分钟 1个循环将获得的大约1kb的产物根据厂商的建议用TOPO TA克隆试剂盒(Invitrogen)克隆进pCR2.1中。菌落经随意地挑选出来,并通过用QIAprep Mini-Prep试剂盒(Qiagen)的质粒制备进行选择以用于进一步的操作,随后用EcoR I消化以显示出这些克隆中插入片段的大小。含有所期望的1kb插入片段的克隆继续下面的操作。选择出的克隆的多核苷酸序列用ABI 377自动测序仪测定。数据库搜索用Blast算法(Altschul等人,1990)进行,结果表明经测序的克隆的大多数含有与已知的植物EPSPS序列有高同源性的部分长cDNA。
实施例18编码大豆EPSPS的基因组多核苷酸序列的分离从Stratagene购买了于Lambda Fix II中构建的大豆基因组文库,根据厂商方案涂布出1,000,000个克隆。Hybond N+滤膜用于从文库平板中转印,这些根据AmershamPharmacia和“Molecular Cloning-alaboratory manual”(Sambrook等人,1989)所提供的方案来进行。DNA向膜上的UV交联用UV Stratalinker(Stratagene)来完成。大豆EPSPS cDNA探针通过用EcoR I消化含有大豆EPSPS部分长cDNA序列的克隆和用琼脂糖凝胶电泳纯化1kb产物来制备。探针使用Ready-To-GoTMDNA标记试剂盒(AmershamPharmacia)用32PdCTP来标记。滤膜在Rapid-Hyb缓冲液(Amersham Pharmacia)中进行预杂交和杂交。用0.1×SSPE和0.5%SDS于65℃进行洗涤。然后将滤膜包于Saran wrap内,并按照“Molecular Cloning-alaboratory manual”(Sambrook等人,1989)中的描述在含有增感屏的盒子内使胶片曝光。
挑出杂交噬菌斑到SM缓冲液中,以低一些的密度再次涂板,并经过2轮进一步的纯化进行再筛选。用本领域所熟知的方法(Sambrook等人,1989)从噬斑纯化噬菌体原液中收回噬菌体DNA。收回的噬菌体DNA用Not1消化,然后将基因组DNA亚克隆进pBluescript中。结果所得的载体转化入TOP 10大肠杆菌中。结果所得的克隆按照厂商提供的方案用Genome Priming System(NEB)进行测序。简要地,选择出足够批次的96 GPS结果物,用QiagenTMBiorobot制备DNA。DNA用NEB提供的GPS-S和GPS-N引物并用ABI 377自动测序仪进行测序。序列数据用Seqman(DNASTAR Inc)分析。借助于Blast算法,编码EPSPS的基因通过与已知EPSPS基因的同源性来鉴定。在SEQ ID No.37和SEQ ID No.38中给出了含有显示出与已知EPSPS高度同源性的序列的两个重叠群的序列,将它们分别称为GmEPSPS1/14和GmEPSPS12。在图3和图4中给出了这些基因的图解说明。
本领域的熟练技术人员会知道大豆中可能存在别的EPSPS基因,可以使用与该实施例所描述的相似的一整套方法将这些基因分离出来并进行核苷酸序列的测定。
实施例19含有大豆EPSPS基因的植物转化载体的产生FMV35S90(SEQ ID No.37)和FMV35S46(SEQ ID No.38)这两个增强子组合通过化学方法合成,并用Hind III/Pac 1亚克隆进载体pTCV1001(图5)。大豆EPSPS终止子和编码序列的一个小区域是以克隆GmEPSPS1/14为模板用引物GmTermBam(SEQ ID No.39)和GmTermEco(SEQ ID No.40)通过PCR而获得的。将PCR产物克隆进pCR4-Blunt-TOPO,并进行测序,然后用Pst 1和EcoR 1切除,再连接入含有FMV/CaMV35S增强子的pTCV1001载体中。最后,将GmEPSPS1/14中含有大豆EPSPS基因的大部分的Pac1BamH1DNA片段切除,并克隆进含有增强子和终止子的pTCV1001载体中。
实施例20 EPSPS基因中突变的引入将需要增加对草甘膦抗性的所期望的Thr至Ile和Pro至Ser的突变用下面的方式插入到构建体中。含有引起所期望的氨基酸突变的核苷酸改变的引物BnMUT2PST(SEQ ID No.41)和引物BnMUTKPN(SEQ ID No.42)一起在以GmEPSPS1/14为模板使用pfu-TURBO聚合酶(Stratagene)的PCR中使用。将现在含有所期望的突变的PCR产物克隆进pCR4-Blunt-TOPO中并测序。然后以Kpn 1和Pst 1将其切除,并用于替换含有WT序列的pTCV1 001中的构建体内的相应片段。最终的载体称为pTCVGMEPSPS(图6)。
实施例21 5 UTL的引入附加的5 UTL,例如那些来自核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶(Rubisco)小亚基或烟草葡聚糖酶的,可以通过PCR插入构建体中。另外,围绕AUG翻译起始密码子的序列经优化为共有序列Kozak序列ACCAUGG。关于SSU核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶前导序列,引物GmRubPac(SEQ ID No.43)和GmRubbot(SEQ ID No.44)用于将大豆核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶5 UTL引入到大豆EPSPS基因的5 UTL中。然后,GmRubTop(SEQ ID No.45)和GmRubKpn(SEQID No.46)用于将大豆核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶5 UTL引入大豆EPSPS基因的第一个外显子中。然后用引物GmRubPac和GmRubKpn通过PCR将这两个PCR产物连接起来,再将结果所得的产物克隆进pCR4Blunt-TOPO中并测序。一旦PCR产物的真实性得到确认,以Pac 1Kpn 1将其从PCR4载体中切除,并将其用于替换载体pTCVGMEPSPS中的Pac 1/Kpn 1限制片段。
这些实施例描述了包含两个融合于在编码序列中含有特定的突变从而能够在植物中产生抗草甘膦EPSPS酶的大豆EPSPS基因的增强子的DNA序列的构建。本领域的熟练技术人员会知道增强子可以引入到启动子和转录起始位点上游各种不同距离的位置,从而增强植物细胞中双突变EPSPS大豆基因转录的速率和/或数量。该距离可能只好对于每个个别的基因根据经验来确定。这包括制造许多增强子融合在离双突变EPSPS大豆基因转录起始点不同距离位置上的构建体,和将这些构建体引入植物材料并检测这些材料对于选择性浓度的草甘膦的抗性。本领域的熟练技术人员还会知道增强子的选择并不局限于CaMV35S和FMV增强子,还可能包括来自植物中高度表达的任何基因的增强子,特别包括来自肌动蛋白基因、遍在蛋白质基因和甘露氨酸、胭脂氨酸与章鱼氨酸合成酶基因以及源自鸭跖草黄斑驳病毒与别的植物中表达的植物病毒的基因例如马铃薯病毒Y与X外壳蛋白基因的增强子。5 UTL的选择可以不局限于大豆核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶小亚基,来自别的基因的前导序列也可以使用。
实施例22植物的转化和再生表达盒用Xma 1从pTCVGMEPSPS载体中切除,并在唯一的Xma1限制性位点连接到二元载体pBin19中。该含有所期望的表达盒的二元载体采用Holsters等人(1978)所提供的冻融转化法转化到根癌土壤杆菌菌株LBA 4404中。烟草的转化和整个植物的再生用枯斑三生烟并根据Draper等人(Plant Genetic Transformation,Blackwell Sci.Pub.1989)的方案来进行。转化的结果物在含有卡那霉素的MS培养基上进行选择。
可选择地,PTCGMEPSPS或别的能够通过来自大豆的抗草甘膦EPSPS基因的表达在植物中呈递草甘膦抗性的构建体可以不采用在包括下列的许多参考文献以及实施例13中所描述用于大豆的土壤杆菌介导的技术而直接引入植物中Physiol.Plant.(1990),79(1),210-12;USP-5,968,830;WO-0042207和USP-5,959,179。
实施例23转基因植物的分析转化体的PCR分析从转化系中获取叶片样品,并根据已知的方法提取出DNA。设计出针对转基因中特定区域的寡核苷酸引物以便能够在待测植物材料中进行其检测。
RNA分析植物中编码转基因的mRNA的存在用RNA印迹杂交法进行检测。总RNA用Tri-试剂按照厂商(SigmaTM)提供的方案从叶片组织中提取。印迹用现有的程序制备,并用放射性标记的大豆EPSPS cDNA进行探查。
蛋白质分析转基因植物中重组蛋白质的存在按照蛋白质印迹法程序用经标准方案制备的抗重组大豆EPSPS的抗体来确定。
酶检测植物中抗性EPSPS的活性通过使用14C放射性标记的底物并用HPLC检测产物来检测。
除草剂耐受性的测试在组织培养后,将转基因植物转移到含有John Innes盆栽堆肥No.3的5英寸的花盆中。让植物在温室中适应环境(大约2星期),然后将配制的草甘膦用轨道喷雾器(track spayer)以各种不同的浓度施用于空气中的组织。用于鉴定那些对草甘膦具有抗性的转基因植物的视觉评估在施药后21天进行。
实施例24质体定位的丙酮酸正磷酸二激酶(PPDK)或磷酸烯醇丙酮酸合成酶(PPS)的构建体的引入编码来自玉米的PPDK(EMBL目录号J03901)并含有其自体转运肽序列的cDNA用引物ZMPPDK1(SEQ ID No.47)和ZMPPDK2(SEQ ID No.48)通过RT-PCR从玉米组织中扩增出来。将RT-PCR产物克隆进载体pCR2.1 TOPO中,并测序以检查其真实性。将玉米PPDK基因作为Nco 1/Kpn 1片段从pCR2.1载体中切除,并连接入经同样消化的pMJB1(图1)中。然后在进一步的植物转化之前将植物表达盒亚克隆进pTCVGMEPSPS盒(图6)中。别的PPDK基因例如编码来自Flaveria brownii(EMBL目录号AAQ94645)或水稻的冷稳定PPDK的基因可以用相似的策略进行遗传工程改变。同样地,大肠杆菌中编码PPS(EMBL目录号X59381)的基因用寡核苷酸ECPPS1(SEQ ID No.49)和ECPPS2(SEQ ID No.50)通过PCR进行扩增。将PCR产物克隆进含有植物可操作启动子(例如花椰菜花叶病毒35S启动子)、叶绿体转运信号序列(例如来自核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶小亚基的序列)和终止子(例如NOS)的植物表达盒之中。
序列表编码EPSPS的欧洲油菜基因组DNA (SEQ ID No.1)gcatgcagatcttaaaggctcttttccagtctcacctaccaaaactataagaaaatccacttgctgtctgaaatagccgacgtggataaagtacttaagacgtggcacattattattgactactagaaaaaaaactcatacaccatcgtaggagttggggttggtgaagaatttgatgggtgcctctcccccccccactcaccaaactcatgttctttgtaaagccgtcactacaacaacaaaggagacgacagttctatagaaaagctttcaaattcaatcaatggcgcaatctagcagaatctgccatggcgtgcagaacccatgtgttatcatctccaatctctccaaatccaaccaaa
acaaatcacctttctccgtctccttgaagacgcatcagcctcgagcttcttcgtggggattgaagaagagtggaacgatgctaaacggttctgtaattcgcccggttaaggtaacagcttctgtttccacgtccgagaaagcttcagagattgtgcttcaaccaatcagagaaatctcgggtctcattaagctacccggatccaaatctctctccaatcggatcctccttcttgccgctctatctgaggtacatatacttgcttagtgttaggcctttgctgtgagattttgggaactatagacaatttagtaagaatttatatataatttttttaaaaaaaatcagaagcctatatatatttaaatttttccaaaatttttggaggttataggcttatgttacaccattctagtctgcatctttcggtttgagactgaagaattttattttttaaaaaattattatagggaactactgtagtggacaacttgttgaacagtgatgacatcaactacatgcttgatgcgttgaagaagctggggcttaacgtggaacgtgacagtgtaaacaaccgtgcggttgttgaaggatgcggtggaatattcccagcttccttagattccaagagtgatattgagttgtaccttgggaatgcaggaacagccatgcgtccactcaccgctgcagttacagctgcaggtggcaacgcgaggtaaggttaacgagttttttgttattgtcaagaaattgatcttgtgtttgatgcttttagtttggtttgttttctagttatgtacttgatggggtgcctagaatgagggaaagacctataggagatttggttgttggtcttaagcagcttggtgctgatgttgagtgtactcttggcactaactgtcctcctgttcgtgtcaatgctaatggtggccttcccggtggaaaggtgatcttcacatttactctatgaattgtttgcagcagtctttgttcatcacagcctttgcttcacattatttcatcttttagtttgttgttatattacttgatggatctttaaaaaggaattgggtctggtgtgaaagtgattagcaatctttctcgattccttgcagggccgtgggcattactaagtgaaacattagcctattaacccccaaaatttttgaaaaaaaatttagtatatggccccaaaatagtttttaaaaaattagaaaaacttttaataaatcgtctacagtcccaaaaatcttagagccggccctgcttgtatggtttctcgattgatatattagactatgttttgaattttcaggtgaagctttctggatcgatcagtagtcagtacttgactgccctcctcatggcagctcctttagctcttggagacgtggagattgagatcattgataaactgatatctgttccatatgttgaaatgacattgaagttgatggagcgttttggtgttagtgccgagcatagtgatagctgggatcgtttctttgtcaagggcggtcagaaatacaagtaatgagttcttttaagttgagagttagattgaagaatgaatgactgattaaccaaatggcaaaactgattcaggtcgcctggtaatgcttatgtagaaggtgatgcttctagtgctagctacttcttggctggtgctgccattactggtgaaactgttactgtcgaaggttgtggaacaactagcctccaggtagtttatccactctgaatcatcaaatattatactccctccgttttatgttaagtgtcattagcttttaaattttgtttcattaaaagtgtcattttacattttcaatgcatatattaaataaattttccagtttttactaattcattaattagcaaaatcaaacaaaaattatattaaataatgtaaaattcgtaatttgtgtgcaaataccttaaaccttatgaaacggaaaccttatgaaacagagggagtactaattttataataaaatttgattagttcaaagttgtgtataacatgttttgtaagaatctaagctcattctctttttattttttgtgatgaatcccaaagggagatgtgaaattcgcagaggttcttgagaaaatgggatgtaaagtgtcatggacagagaacagtgtgactgtgactggaccatcaagagatgcttttggaatgaggcacttgcgtgctgttgatgtcaacatgaacaaaatgcctgatgtagccatgactctagccgttgttgctctctttgccgatggtccaaccaccatcagagatggtaaagcaaaaccctctctttgaatcagcgtgttttaaaagattcatggttgcttaaactctatttggtcaatgtagtggctagctggagagttaaggagacagagaggatgattgccatttgcacagagcttagaaaggtaagtttccttttctctcatgctctctcattcgaagttaatcgttgcataactttttgcggttttttttttgcgttcagcttggagctacagtggaagaaggttcagattattgtgtgataactccaccagcaaaggtgaaaccggcggagattgatacgtatgatgatcatagaatggcgatggcgttctcgcttgcagcttgtgctgatgttccagtcaccatcaaggatcctggctgcaccaggaagactttccctgactacttccaagtccttgaaagtatcacaaagcattaaaagaccctttcctctgatccaaatgtgagaatctgttgctttctctttgttgccactgtaacatttattagaagaacaaagtgtgtgtgttaagagtgtgtttgcttgtaatgaactgagtgagatgcaatcgttgaatcagttttgggccttaat
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BnF11(SEQ ID No.14)cgatcatctttgaaaatgtgBnF12(SEQ ID No.15)ctctctgttttgattccataBnXho(SEQ ID No.16)cgcatcagcctcgagcttcttcgtgBnMUTBot(SEQ ID No.17)ggtgagtgaacgcatggctattcctgcatBnMutTop(SEQ ID No.18)atgcaggaatagccatgcgttcactcaccBnNde(SEQ ID No.19)catttcaacatatggaacagatatcBnRBSEP(SEQ ID No.20)cccgggatattggaagttaaaggaaaagagagaaagagaaatctttctgtctaagtgtaattaaccatggcgcaatctagcagaatctgcBrasr12(SEQ ID No.21)ggacgtggaaacagaagctgBrasr11(SEQ ID No.22)tctcaaaccgaaagatgcagBnapus开始rev(SEQ ID No.23)ggttgaagcacaatctctgaagcttccatgg基因组步查1(SEQ ID No.24)gatcttgggtcattttaatgggccttctaac带有AP1引物基因组步查2 (SEQ ID No.25)aaataaacccattaaccactaatgaaaaagggat带有AP2引物CaMV343(SEQ ID No.26)gcggagctcgagacttttcaacaaagggCaMV46C(SEQ ID No.27)atcccgggaagcatgcgaaggatagtgggattgtg
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aaatgatgatatgcgaattgaaagaaagaaaaccataatgtaagtgcagttttctctctcttttttaatattattcaatatcagattgcacatgggaaggggtattggctcatgtgggatattagtttttgtcccttacctaaaaagagagaaaagagaaaaataacaatttaaaaagagtaccaccgctaccacctttttcgcttttaaatttttgttctgttttcactactctttcatgcgttgtttgttggcttctgatagtgacgaatatgatataatgattttatgttgggaaaaaagtgccatgtaaattctagagattgaaattttagcatcaaattatttattttatcaccttttaaaatttgttgcatgtgaaagaatttgaagctctccaacaaggaaataacacttcaatccttagagtcatcctctagatcccaaaagaatgtgatgtttatacacattagtatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatatagggtttatattatattaatgagtgatgtacgaggacggtggtgacactatatggccaaaacaagtgtaatataattatttttttttctcaagtattactctatccttgaatattattagtcttaaatcttcaagcaccttgtgaacgaagcaatcttgtccFMVS35S90增强子 (SEQ ID No.37)aagcttcccgggccggccgcagctggcttgtggggaccagacaaaaaaaggaatggtgcagaattgttaggcgcacctaccaaaagcatctttgcctttattgcaaagataaagcagattcctctagtacaagtggggaacaaaataacgtggaaaagagctgtcctgacagcccactcactaatgcgtatgacgaacgcagtgacgaccacaaaactcgagacttttcaacaaagggtaatatccggaaacctcctcggattccattgcccagctatctgtcactttattgtgaagatagtggaaaaggaaggtggctcctacaaatgccatcattgcgataaaggaaaggccatcgttgaagatgcctctgccgacagtggtcccaaagatggacccccacccacgaggagcatcgtggaaaaagaagacgttccaaccacgtcttcaaagcaagtggattgatgtgatatctccactgacgtaagggatgacgcacaatcccactatccttcttaattaaFMV35S46增强子 (SEQ ID No38)aagcttcccgggccggccgcagctggcttgtggggaccagacaaaaaaggaatggtgcagaattgttaggcgcacctaccaaaagcatctttgcctttattgcaaagataaagcagattcctctagtacaagtggggaacaaaataacgtggaaaagagctgtcctgacagcccactcactaatgcgtatgacgaacgcagtgacgaccacaaaactcgagaacatggtggagcacgacacacttgtctactccaagaatatcaaagatacagtctcagaagaccagagggctattgagacttttcaacaaagggtaatatcgggaaacctcctcggattccattgcccagctatctgtcacttcatcgaaaggacagtagaaaaggaagatggcttctacaaatgccatcattgcgataaaggaaaggctatcgttcaagatgcctctaccgacagtggtcccaaagatggacccccacccacgaggaacatcgtggaaaaagaagacgttccaaccacgtcttcaaagcaagtggattgatgttaattaaGmTerm Bam(SEQ ID No.39)ctgcagggatcctggttgcaccaggaagGmTermEco(SEQ ID No.40)gaattcccgggtatggtgaatttcatgtgBnMUT2PST(SEQ ID No.41)gacttctcgggtaccatcacattgcBnMUTkpn(SEQ ID No.42)cacctgcagcaaccacagctgctgtcaaagaacgcattgcaataccagcatttcc
GmRubPac(SEQ ID No.43)aatttaattaattcataaatatgttacGmRubbot(SEQ ID No.44)ggtcttctccttcttagttctcaactacttgttcttctgctgccagatttcaattttccttaaagttgtgaacGmRubtop(SEQ ID No.45)atctggcagcagaagaacaagtagttgagaactaagaaggagaagaccatggcccaagtgagcagagtgcacGmRubKpn(SEQ ID No.46)ggcaatgtgatggatcccgagaagZMPPDK1(SEQ ID No.47)gcgccatggcggcatcggtttccagggZMPPDK2(SEQ ID No.48)gcgggtacctcagacaagcacctgagctgcagcECPPS1(SEQ ID No.49)gcggcatgcccaacaatggctcgtcECPS2(SEQ ID No.50)gcggatccttatttcttcagttcagccaEPSPS基元(SEQ ID No.51)ALLMZAPLA,其中Z不是S或TEPSPS基元(SEQ ID No.52)EIEIZDKL,其中Z不是VEPSPS基元(SEQ ID No.53)FG(V/I)(K/S)ZEH,其中Z不是VEPSPS基元(SEQ ID No.54)AL(K/R)ZLGL,其中Z不是REPSPS基元(SEQ ID No.55)GLXVEZ1DXZ2XXXA(I/V)V,其中Z1不是T和/或Z2不是EEPSPS基元(SEQ ID No.56)ITPPZ1K(L/V)(K/N)Z2,其中Z1不是K和/或Z2不是TEPSPS基元(SEQ ID No.57)TIZ(D/N)PGCT,其中Z不是N或LEPSPS基元(SEQ ID No.58)
(D/N)YFXVLXZXX(K/R)H,其中Z不是REPSPS基元(SEQ ID No.59)(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G)EPSPS基元(SEQ ID No.60)(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)EEPSPS基元(SEQ ID No.61)(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G)EPSPS基元(SEQ DI No.62)(I/V)VVGCGGKFP(V/A/T)(S/G)EPSPS基元(SEQ ID No.63)(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)EEPSPS基元(SEQ ID No.64)(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E;EPSPS基元(SEQ ID No.65)(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)(S/G).
序列表<110>Syngenta Limited<120>抗除草剂植物<130>PPD50594/WO<140>PCT/GB01/04131<141>2001-09-14<150>GB0023911.1<151>2000-09-29<150>GB0027693.1<151>2000-11-13<150>GB0023910.3<151>2000-09-29<160>70<170>PatentIn version 3.1<210>1<211>3836<212>DNA<213>欧洲油菜<400>1gcatgcagat cttaaaggct cttttccagt ctcacctacc aaaactataa gaaaatccac 60
ttgctgtctg aaatagccga cgtggataaa gtacttaaga cgtggcacat tattattgac 120tactagaaaa aaaactcata caccatcgta ggagttgggg ttggtgaaga atttgatggg 180tgcctctccc ccccccactc accaaactca tgttctttgt aaagccgtca ctacaacaac 240aaaggagacg acagttctat agaaaagctt tcaaattcaa tcaatggcgc aatctagcag 300aatctgccat ggcgtgcaga acccatgtgt tatcatctcc aatctctcca aatccaacca 360aaacaaatca cctttctccg tctccttgaa gacgcatcag cctcgagctt cttcgtgggg 420attgaagaag agtggaacga tgctaaacgg ttctgtaatt cgcccggtta aggtaacagc 480ttctgtttcc acgtccgaga aagcttcaga gattgtgctt caaccaatca gagaaatctc 540gggtctcatt aagctacccg gatccaaatc tctctccaat cggatcctcc ttcttgccgc 600tctatctgag gtacatatac ttgcttagtg ttaggccttt gctgtgagat tttgggaact 660atagacaatt tagtaagaat ttatatataa tttttttaaa aaaaatcaga agcctatata 720tatttaaatt tttccaaaat ttttggaggt tataggctta tgttacacca ttctagtctg 780catctttcgg tttgagactg aagaatttta ttttttaaaa aattattata gggaactact 840gtagtggaca acttgttgaa cagtgatgac atcaactaca tgcttgatgc gttgaagaag 900ctggggctta acgtggaacg tgacagtgta aacaaccgtg cggttgttga aggatgcggt 960ggaatattcc cagcttcctt agattccaag agtgatattg agttgtacct tgggaatgca1020ggaacagcca tgcgtccact caccgctgca gttacagctg caggtggcaa cgcgaggtaa1080ggttaacgag ttttttgtta ttgtcaagaa attgatcttg tgtttgatgc ttttagtttg1140gtttgttttc tagttatgta cttgatgggg tgcctagaat gagggaaaga cctataggag1200atttggttgt tggtcttaag cagcttggtg ctgatgttga gtgtactctt ggcactaact1260gtcctcctgt tcgtgtcaat gctaatggtg gccttcccgg tggaaaggtg atcttcacat1320ttactctatg aattgtttgc agcagtcttt gttcatcaca gcctttgctt cacattattt1380catcttttag tttgttgtta tattacttga tggatcttta aaaaggaatt gggtctggtg1440tgaaagtgat tagcaatctt tctcgattcc ttgcagggcc gtgggcatta ctaagtgaaa1500cattagccta ttaaccccca aaatttttga aaaaaattta gtatatggcc ccaaaatagt1560ttttaaaaaa ttagaaaaac ttttaataaa tcgtctacag tcccaaaaat cttagagccg1620gccctgcttg tatggtttct cgattgatat attagactat gttttgaatt ttcaggtgaa1680gctttctgga tcgatcagta gtcagtactt gactgccctc ctcatggcag ctcctttagc1740tcttggagac gtggagattg agatcattga taaactgata tctgttccat atgttgaaat1800gacattgaag ttgatggagc gttttggtgt tagtgccgag catagtgata gctgggatcg1860tttctttgtc aagggcggtc agaaatacaa gtaatgagtt cttttaagtt gagagttaga1920
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<400>14cgatcatctt tgaaaatgtg 20<210>15<211>20<212>DNA<213>引物<400>15ctctctgttt tgattccata 20<210>16<211>25<212>DNA<213>引物<400>16cgcatcagcc tcgagcttct tcgtg25<210>17<211>29<212>DNA<213>引物<400>17ggtgagtgaa cgcatggcta ttcctgcat29<210>18<211>29<212>DNA<213>引物<400>18atgcaggaat agccatgcgt tcactcacc29
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<210>38<211>552<212>DNA<213>增强子<400>38aagcttcccg ggccggccgc agctggcttg tggggaccag acaaaaaagg aatggtgcag 60aattgttagg cgcacctacc aaaagcatct ttgcctttat tgcaaagata aagcagattc 120ctctagtaca agtggggaac aaaataacgt ggaaaagagc tgtcctgaca gcccactcac 180taatgcgtat gacgaacgca gtgacgacca caaaactcga gaacatggtg gagcacgaca 240cacttgtcta ctccaagaat atcaaagata cagtctcaga agaccagagg gctattgaga 300cttttcaaca aagggtaata tcgggaaacc tcctcggatt ccattgccca gctatctgtc 360acttcatcga aaggacagta gaaaaggaag atggcttcta caaatgccat cattgcgata 420aaggaaaggc tatcgttcaa gatgcctcta ccgacagtgg tcccaaagat ggacccccac 480ccacgaggaa catcgtggaa aaagaagacg ttccaaccac gtcttcaaag caagtggatt 540gatgttaatt aa 552<210>39<211>28<212>DNA<213>引物<400>39ctgcagggat cctggttgca ccaggaag 28<210>40<211>29<212>DNA<213>引物<400>40gaattcccgg gtatggtgaa tttcatgtg29
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<220>
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<210>54<211>7<212>PRT<213>基元<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(3)..(3)<223>X为K或R<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(4)..(4)<223>X为不是R的任意氨基酸<400>54Ala Leu Xaa Xaa Leu Gly Leu1 5<210>55<211>15<212>PRT<213>基元<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(3)..(3)<223>X为任意氨基酸<220>
<221>MISC_FEATURE
<222>(6)..(6)<223>X为任意氨基酸,但不是T(和/或位置9上的氨基酸不为E)<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(8)..(8)<223>X为任意氨基酸<220>
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<221>MISC_FEATURE<222>(7)..(7)<223>X为L或V<220>
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<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(3)..(3)<223>X为不是N或L的任意氨基酸<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(4)..(4)<223>X为D或N<400>57Thr Ile Xaa Xaa Pro Gly Cys Thr1 5<210>58<211>12<212>PRT<213>基元<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(1)..(1)<223>X为D或N<220>
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<220>
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<221>MISC_FEATURE<222>(8)..(8)<223>X为I或L或Q<220>
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<221>MISC_FEATURE<222>(8)..(8)<223>X为I或L或Q<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(11)..(11)<223>X为V或A或T
<220>
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Xaa Val Val Gly Cys Gly Gly Lys Phe Pro Xaa Xaa1 5 10<210>63<211>12<212>PRT<213>基元<220>
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<220>
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<221>MISC_FEATURE<222>(11)..(11)<223>X为V或A或T<220>
<221>MISC_FEATURE
<222>(12)..(12)<223>X为S或G<400>65Xaa Val Glu Gly Cys Gly Gly Lys Phe Pro Xaa Xaa1 5 10<210>66<211>10<212>PRT<213>基元<400>66Gly Asn Ala Gly Thr Ala Met Arg Pro Leu1 5 10<210>67<211>10<212>PRT<213>基元<400>67Gly Asn Ala Gly Ile Ala Met Arg Ser Leu1 5 10<210>68<211>18<212>PRT<213>基元<220>
<221>MISC_FEATURE<222>(2)..(2)<223>X为A或V
<400>68Lys Xaa Ala Lys Arg Ala Val Val Val Gly Cys Gly Gly Lys Phe Pro1 5 10 15Val Glu<210>69<211>14<212>PRT<213>基元<400>69Gly Asn Ala Gly Thr Ala Met Arg Pro Leu Thr Ala Ala Val1 5 10<210>70<211>14<212>PRT<213>基元<400>70Gly Asn Ala Gly Ile Ala Met Arg Ser Leu Thr Ala Ala Val1 5 10
权利要求
1.抗草甘膦EPSPS酶,其中和野生型EPSPS相比较该蛋白质序列经过下述的修饰,第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL,其中该酶不含有序列K(A/V)AKRAVVVGCGGKFPVE,其特征在于该酶是稳定的,并拥有下列序列基元(i)至(viii)中的至少一种,下列序列基元中的X为任意氨基酸,Z、Z1和Z2为除了指定的那些氨基酸之外的任意氨基酸(i) ALLMZAPLA,其中Z不是S或T;(ii)EIEIZDKL,其中Z不是V;(iii) FG(V/I)(K/S)ZEH,其中Z不是V;(iv)AL(K/R)ZLGL,其中Z不是R;(v) GLXVEZ1DXZ2XXXA(I/V)V,其中Z1不是T和/或Z2不是E;(vi)ITPPZ1K(L/V)(K/N)Z2,其中Z1不是K和/或Z2不是T;(vii) TIZ(D/N)PGCT,其中Z不是N或L;(viii) (D/N)YFXVLXZXX(K/R)H,其中Z不是R。
2.根据权利要求1的酶,其含有基元(i)、(ii)、(iii)、(v)和(vi)中的至少两种。
3.根据权利要求1或2中的酶,其中基元(i)中Z为A;基元(ii)中Z为I;基元(iii)中Z为A;基元(iv)中Z为K、T或A;基元(v)中Z1为R或A或者次优选地为D或E,Z2优选地为V或A或者次优选地为T;序列基元(vi)中Z1为E或A,Z2为P、I或V;基元(vii)中Z为R或K;以及基元(viii)中Z为T或S或者次优选地为Q。
4.根据权利要求1的酶,其含有一种或多种选自下列的序列(i)(I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G);(ii) (I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E;(iii)(I/V)VVGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)(S/G);(iv) (I/V)VVGCGGKFP(V/A/T)(S/G);(v) (I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)E;(vi) (I/V)VEGCGG(I/L/Q)FP(V/A/T)E;(vii)(I/V)VEGCGGKFP(V/A/T)(S/G)。
5.经分离的含有编码根据权利要求1至4中任何一项的EPSPS的区域的多核苷酸。
6.根据权利要求5的多核苷酸,其具有SEQ ID No.4或5中描述的序列。
7.编码EPSPS的多核苷酸,该多核苷酸是通过用构成位于SEQID No.4或5中的内含子的多核苷酸筛选植物基因组DNA文库而可获得的。
8.根据权利要求5-7中任何一项的多核苷酸,其在转录的5至3方向上含有下列组分(i)至少一个转录增强子,其为增强区域,该增强区域位于从中获得增强子的序列的转录起始点的上游,而且增强子本身在内源性地含有它的序列中或当它作为构建体的一部分而异源地存在时不能发挥启动子的作用;(ii)来自大豆EPSPS基因的启动子;(iii)编码大豆EPSPS叶绿体转运肽的大豆基因组序列;(iv)编码大豆EPSPS的基因组序列;(v)转录终止子;其中大豆EPSPS编码序列和野生型序列相比较经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPLTAAV的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSLTAAV。
9.根据权利要求1的多核苷酸,其在转录的5至3方向上含有下列组分(i)至少一个转录增强子,其为增强区域,该增强区域位于从中获得增强子的序列的转录起始点的上游,而且增强子本身在内源性地含有它的序列中或当它作为构建体的一部分而异源地存在时不能发挥启动子的作用;(ii)来自欧洲油菜EPSPS基因的启动子;(iii)编码欧洲油菜EPSPS叶绿体转运肽的欧洲油菜基因组序列;(iv)编码欧洲油菜EPSPS的基因组序列;(v)转录终止子;其中欧洲油菜EPSPS编码序列和野生型序列相比较经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPLTAAV的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSLTAAV。
10.根据权利要求5-9中任何一项的多核苷酸,其进一步含有编码叶绿体转运肽/磷酸烯醇丙酮酸合成酶(CTP/PPS)或叶绿体转运肽/丙酮酸正磷酸二激酶(CTP/PPDK)的序列,该序列位于植物可操作启动子的表达控制之下。
11.根据前述的权利要求的多核苷酸,其中CTP和PPDK编码序列彼此间是非异源的。
12.根据权利要求5-11中任何一项的多核苷酸,其中该增强区域构成一个序列,该序列的3末端位于从中获得增强子的序列的最近转录起始点上游至少40个核苷酸处。
13.根据权利要求12的多核苷酸,其中增强区域构成其3末端位于所述的最近起始点上游至少60个核苷酸处的区域。
14.根据权利要求12的多核苷酸,其中该增强区域构成一个序列,该序列的3末端位于从中获得增强子的序列的TATA共有序列第一个核苷酸上游至少10个核苷酸处。
15.根据权利要求5-14中任何一项的多核苷酸,其含有在多核苷酸中串联存在的第一和第二个转录增强子。
16.根据权利要求5-15中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约100至大约1000个核苷酸之间。
17.根据权利要求5-16中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约150至大约1000个核苷酸之间。
18.根据权利要求5-17中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约300至大约950个核苷酸之间。
19.根据权利要求5-18中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约770至大约790个核苷酸之间。
20.根据权利要求5-19中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约300至大约380个核苷酸之间。
21.根据权利要求5-18和20中任何一项的多核苷酸,其中增强子或第一个增强子的3末端位于相应于EPSPS转运肽翻译起始点的密码子或者5非翻译区中内含子的第一个核苷酸的上游大约320至大约350个核苷酸之间。
22.根据权利要求5-21中任何一项的多核苷酸,其中来自EPSPS基因的启动子的上游区域含有至少一个来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游的序列的增强子。
23.根据权利要求5-21中任何一项的多核苷酸,其中来自EPSPS编码序列的启动子的上游区域含有至少一个来源于选自以下基因的启动子转录起始点上游的序列的增强子肌动蛋白、rolDFd、S-腺苷高半胱氨酸酶、组蛋白、微管蛋白、多聚遍在蛋白质与质体蓝素基因和CaMV35S与FMV35S基因。
24.根据权利要求23的多核苷酸,其在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于肌动蛋白基因转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子。
25.根据权利要求23的多核苷酸,其在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于rolDfd基因转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子。
26.根据权利要求23的多核苷酸,其在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于组蛋白基因转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子。
27.根据权利要求23的多核苷酸,其在5至3方向上包含第一个含有来源于CaMV35S或FMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于微管蛋白基因转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子。
28.根据权利要求23的多核苷酸,其在5至3方向上包含第一个含有来源于FMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子,和第二个含有来源于CaMV35S启动子转录起始点上游序列的转录增强区域的增强子。
29.根据权利要求5-28中任何一项的多核苷酸,其中构成大豆EPSPS叶绿体转运肽翻译起始点的密码子5端的核苷酸是Kozack优选的。
30.根据权利要求8至29中任何一项的多核苷酸,其中来源于相对高度表达的基因的5非翻译前导序列位于编码EPSPS CTP的基因组序列的5端。
31.根据前述的权利要求的多核苷酸,其中所述的高度表达的基因选自编码葡聚糖酶、查耳酮合成酶与核酮糖二磷酸羧化酶/氧化酶的基因。
32.根据权利要求8-31中任何一项的多核苷酸,其含有位于编码EPSPS叶绿体转运肽的基因组序列5端的非翻译区中的病毒来源的翻译增强子或非病毒的翻译增强子。
33.根据权利要求5-32中任何一项的多核苷酸,其进一步包含编码某些蛋白质的区域,这些蛋白质能够赋予含有它的植物材料至少一种下列农艺上所想要的特性对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱和除草剂的抗性。
34.根据权利要求33的多核苷酸,其中除草剂不为草甘膦。
35.根据前述的权利要求的多核苷酸,其中除草剂为原卟啉原氧化酶(PPGO)抑制剂尤其是butefenicil,相应的抗性蛋白质为PPGO或其抗抑制剂变体。
36.根据权利要求33至35中任何一项的多核苷酸,其中昆虫抗性赋予区域编码来源于Bt的结晶毒素,包括分泌型Bt毒素;蛋白酶抑制剂、凝集素、致病杆菌/光杆状菌毒素;真菌抗性赋予区域选自编码熟知的AFPs、防卫素、几丁质酶、葡聚糖酶和Avr-Cf9的区域;细菌抗性赋予区域选自编码杀菌肽和techyplesin及其类似物的区域;病毒抗性区域选自编码病毒外壳蛋白、运动蛋白、病毒复制酶和已知提供病毒抗性的反义与核酶序列的基因;逆境、盐和干旱抗性赋予基因选自编码谷胱甘肽-S-转移酶与过氧化物酶的区域、构成已知的CBF1调节序列的序列和已知造成海藻糖积累的基因。
37.根据权利要求36的多核苷酸,其中昆虫抗性赋予区域选自编码cryIAc、cryIAb、cry3A、cry1BC、Vip1A、Vip1B、Vip3A、Vip3B、半胱氨酸蛋白酶抑制剂和雪花莲凝集素的区域。
38.根据任何前述的权利要求的多核苷酸,其经过下列修饰除去mRNA不稳定基元和/或不需要的拼接区域,或者使用作物偏爱密码子,从而使得植物中经如此修饰的多核苷酸的表达产生基本上相似的蛋白质,该蛋白质与在内源性地含有非修饰多核苷酸的有机体中通过非修饰多核苷酸蛋白质编码区域的表达而获得的蛋白质具有基本上相似的活性/功能。
39.根据前述的权利要求的多核苷酸,其中经修饰的多核苷酸和该植物中内源性地含有、并编码基本上相同的蛋白质的多核苷酸之间的同一性程度达到可防止经修饰的和内源的序列之间的共抑制的程度。
40.根据前述的权利要求的多核苷酸,其中该同一性程度小于大约70%。
41.含有任何前述的权利要求的多核苷酸的载体。
42.用权利要求5-40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体转化的植物材料。
43.用权利要求5-40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体转化的植物材料,并且已经或将用含有编码某些蛋白质的区域的多核苷酸进一步转化,所述蛋白质能够赋予含有它的植物材料至少一种下列农艺上所想要的特性对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱和除草剂的抗性。
44.从根据权利要求42或43的材料中再生出来的形态上正常并可育的完整植物,它们的后代、种子和植物体部分。
45.由从用权利要求5-40中任何一项的多核苷酸转化的材料中再生出来的植物和产生于用含有编码能够造成叶绿体中磷酸烯醇丙酮酸水平提高的蛋白质的序列的多核苷酸转化的材料再生的植物杂交产生的形态上正常并可育的完整植物。
46.根据前述的权利要求的植物,其中所述的有功能蛋白质为CTP和PPS的融合体或者CTP和PPDK的融合体。
47.包含权利要求5-40中任何一项的多核苷酸的形态上正常并可育的完整植物,其子代,种子和植物体部分,并且该植物由从用权利要求5-40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体转化的材料中再生出来的植物和用含有编码CTP/PPS或CTP/PPDK的区域和/或编码能够赋予含有它的植物材料具有至少一种农艺上所想要的特性的蛋白质的区域的多核苷酸转化的植物杂交产生,其中上述特性为对于昆虫、真菌、病毒、细菌、线虫、逆境、干旱和除草剂的抗性。
48.根据权利要求44至47中任何一项的植物,它们的子代、种子和植物体部分,其中该植物选自农作物、水果和蔬菜,例如canola、向日葵、烟草、糖甜菜、棉花、玉米、小麦、大麦、水稻、高粱、西红柿、芒果、桃、苹果、饲料甜菜、梨、草莓、香蕉、瓜、马铃薯、胡萝卜、莴苣、甘蓝、洋葱、大豆、甘蔗、豌豆、蚕豆、白杨、葡萄、柑橘、苜蓿、黑麦、燕麦、草坪与饲料用草、亚麻与油料种子油菜和未特别提及的产坚果植物。
49.根据权利要求44-48中任何一项的大豆、canola、芸苔、棉花、糖甜菜、向日葵、豌豆、马铃薯和饲料甜菜。
50.选择性地控制农田中杂草的方法,该农田里含有杂草和根据权利要求44-49中任何一项的植物或子代,该方法包含将草甘膦类型的除草剂以能够控制杂草而又基本上不影响植物的足够的数量向田中施用。
51.根据前述的权利要求的方法,其进一步包含在草甘膦除草剂施用之前或之后向农田中施用一种或多种除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、杀线虫剂、杀菌剂和抗病毒剂。
52.生产对于草甘膦除草剂具有基本的耐受性或基本的抗性的植物的方法,其包括下列步骤(i)用权利要求5至40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体转化植物材料;(ii)选择经如此转化的材料;和(iii)将经如此选择的材料再生成形态上正常并可育的完整植物。
53.根据前述的权利要求的方法,其中转化包括用下列方法将多核苷酸引入材料中(i)用包裹有多核苷酸的微粒对材料进行弹果轰击;或者(ii)用覆盖着含有多核苷酸的溶液的金刚砂纤维对材料进行穿刺;或者(iii)将多核苷酸或载体引入土壤杆菌中,并将经如此转化的土壤杆菌和植物材料进行共培养,从而植物材料得到转化,随后进行再生。
54.根据前述的权利要求的方法,其中经转化的植物材料通过其对草甘膦的抗性来选择。
55.权利要求5至40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体在对于草甘膦除草剂具有基本的耐受性或基本的抗性的植物组织和/或形态上正常并可育的完整植物的生产中的用途。
56.权利要求5至40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体在用于潜在除草剂体外高处理量筛选的除草剂目标物的生产中的用途。
57.选择经过转化从而可以表达目的基因的生物材料的方法,其中经转化的材料含有权利要求5至40中任何一项的多核苷酸或权利要求41的载体,并且其中选择程序包含使经转化的材料暴露于草甘膦或其盐中,然后选择存活的材料。
58.根据前述的权利要求的方法,其中生物材料是植物来源的。
59.根据前述的权利要求的方法,其中植物为双子叶植物。
60.根据前述的权利要求的方法,其中双子叶植物选自大豆、棉花、糖甜菜、欧洲油菜、油菜或甘蓝。
61.再生出含有外源DNA的可育的转化植物的方法,其包括下列步骤(a)产生来自该植物的再生组织用于转化;(b)用该外源DNA转化该再生组织,其中该外源DNA含有选择性DNA序列,该序列在再生组织中作为选择装置发挥作用;(c)步骤(b)之后大约1天至大约60天之间,将来自步骤(b)的该再生组织置于能够使该组织中产生出苗的培养基之中,其中该培养基可能进一步含有用于选择含有该选择性DNA序列的再生组织的化合物,从而可以进行转化的再生组织的鉴定或选择;(d)在至少一棵苗从步骤(c)的经选择的组织中形成之后,将该苗转移到能够从该苗中产生出根的第二个培养基之中从而形成植物幼苗,其中第二个培养基可选地含有该化合物;和(e)培育该植物幼苗成为可育的转基因植物,其中外源DNA以孟德尔方式遗传至子代植物中,其中在步骤(b)和步骤(c)之间有一个将经转化的材料置于愈伤组织诱导培养基上的可选步骤,其特征在于外源DNA为根据权利要求5-40中任何一项的多核苷酸,或外源DNA所包含的选择性DNA序列含有根据权利要求5至40中任何一项的多核苷酸,以及该化合物为草甘膦或其盐。
62.根据前述的权利要求的方法,其中植物为选自大豆、棉花、糖甜菜、欧洲油菜、油菜或甘蓝的双子叶植物。
63.根据权利要求61或62的方法,其中所述的再生组织选自胚胎发生愈伤组织、体细胞胚、未成熟胚等等。
64.含有用于检测权利要求1-4中任何一项的酶或者由权利要求5至40中任何一项的多核苷酸所编码的酶或者权利要求5至41中任何一项的多核苷酸或载体的手段的诊断试剂盒。
全文摘要
本发明除了其他事物之外提供了一种抗草甘膦的EPSPS酶,其中和野生型酶相比较该EPSPS蛋白质序列经过下述的修饰第一个位置经过突变因而该位置的残基为Ile而不是Thr,第二个位置经过突变因而该位置的残基为Ser而不是Pro,将这样的突变引入到在野生型酶中包含保守区域GNAGTAMRPL的EPSPS序列之中,以致修饰过的序列读作GNAGIAMRSL。本发明还包括从用编码这样的EPSPS酶的多核苷酸转化的材料中再生出来的抗草甘膦植物,以及在含有这样的植物与草甘膦敏感的杂草的农田中通过向田里施用草甘膦或农艺上可用的衍生物来选择性地控制杂草的方法。
文档编号C12N15/54GK1541270SQ01817399
公开日2004年10月27日 申请日期2001年9月14日 优先权日2000年9月29日
发明者S·A·J·瓦尼尔, T·R·豪克斯, C·J·安德勒斯, S A J 瓦尼尔, 安德勒斯, 豪克斯 申请人:辛根塔有限公司
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