除草剂抗性蛋白质、其编码基因及用图_2

文档序号:8294991阅读:来源:国知局
感性作物的损害。已经广泛使用不同苯氧基生长素组 合的多种混合物来处理不同地区特定的杂草谱和环境条件。在植物中使用24DT22基因可 以提供对更广谱的苯氧基生长素除草剂的防护,从而提高灵活性和可控制的杂草谱,提供 对全范围市售苯氧基生长素的漂移或其它远距离苯氧基除草剂损伤的防护。
[0045] 对于苯氧基生长素除草剂通常制成活性酸,但也有一些商品化配制为多种相应酯 制剂之一,由于一般的植物酯酶在植物中将这些酯转换成活性酸,因此这些也同样认为是 在植物中24DT22酶的底物。类似的还可以是相应酸的相应有机或无机盐。当表示手性丙 酸、丙酸盐或丙酸酯除草剂时,即使不同的CAS号可能对应于光学纯的化合物,在命名这些 除草剂时仍认为外消旋(R,S)或光学纯化的(R或S)对映体是同一除草剂。可能的用量范 围可以是作物或非作物用途中单独处理或与其他除草剂组合。
[0046] 现已鉴定了 24DT22基因在遗传改造用于植物表达后具有允许在植物中使用苯氧 基生长素除草剂的特性,所述植物中固有耐性不存在或不足以允许使用这些除草剂。此 夕卜,24DT22基因可以在天然耐性不足以允许选择性时在植物中提供对苯氧基生长素除草剂 的防护。现在可以连续或罐混地与一种、两种或若干苯氧基生长素除草剂的组合处理仅含 24DT22基因的植物。用于控制广谱双子叶杂草的每种苯氧基生长素除草剂的用量范围从 25至4000g ae/ha,更通常从100至2000g ae/ha。在同一大田里(连续或罐混组合地)组 合这些不同化学类别和具有不同作用模式和范围的除草剂可以提供对大多数需要除草剂 控制的潜在杂草的控制。
[0047] 草甘膦被广泛地使用,因为它控制非常广谱的阔叶和禾本科杂草物种。然而,在草 甘膦耐性作物和非作物应用中重复使用草甘膦已经(而且仍将继续)选择使杂草演替为天 然更具有耐性的物种或草甘膦抗性生物型。多数除草剂抗性管理策略建议使用有效用量的 罐混除草剂伴侣作为延缓出现抗性杂草的方法,所述除草剂伴侣提供对同一物种的控制, 但具有不同的作用模式。将24DT22基因与草甘膦耐性性状(和/或其他除草剂耐性性状) 叠加可通过允许对同一作物选择性使用草甘膦和苯氧基生长素(如2, 4-D)而实现对草甘 膦耐性作物中草甘膦抗性杂草物种(被一种或多种苯氧基生长素控制的阔叶杂草物种)的 控制。这些除草剂的应用可以是在含有不同作用模式的两种或更多除草剂的罐混合物中同 时使用、在连续使用(如种植前、出苗前或出苗后)中单个除草剂组合物的单独使用(使用 的间隔时间范围从2小时到3个月),或者备选地,可以在任何时间(从种植作物7个月内 到收获作物时(或对于单个除草剂为收获前间隔,取最短者))使用代表可应用每种化合类 别的任意数目除草剂的组合。
[0048] 在控制阔叶杂草中具有灵活性是很重要的,即使用时间、单个除草剂用量和控制 顽固或抗性杂草的能力。作物中与草甘膦抗性基因/24DT22基因叠加的草甘膦应用范围可 以从250至2500g ae/ha ;苯氧基生长素除草剂(一种或多种)可按照从25_4000g ae/ha。 这些应用的时间的最佳组合取决于具体的条件、物种和环境。
[0049] 除草剂制剂(如酯、酸或盐配方或可溶浓缩剂、乳化浓缩剂或可溶液体)和罐混添 加剂(如佐剂或相容剂)可显著影响给定的除草剂或一种或多种除草剂的组合的杂草控 制。任意前述除草剂的任意化学组合均在本发明的范围内。
[0050] 本领域技术人员所熟知的,两种或更多作用模式的组合在提高受控杂草谱和/或 天然更具耐性物种或抗性杂草物种上的益处还可扩展到通过人工(转基因或非转基因)在 作物中产生除草甘膦耐性作物外的除草剂耐性的化学品。事实上,可以单独或以多重组合 叠加编码以下抗性的性状以提供有效控制或防止杂草演替对任意前述类别的除草剂的抗 性的能力:草甘膦抗性(如抗性植物或细菌EPSPS、GOX、GAT)、草铵膦抗性(如PAT、Bar)、乙 酰乳酸合酶(ALS)抑制性除草剂抗性(如咪唑啉酮、磺酰脲、三唑嘧啶、磺苯胺、嘧啶硫代苯 甲酸和其它化学品抗性基因如AHAS、Csrl、SurA等)、溴草腈抗性(如Bxn)、对HPH) (4-羟 苯基丙酮酸双加氧酶)酶抑制剂的抗性、对八氢番茄红素去饱和酶(ros)抑制剂的抗性、对 光系统II抑制性除草剂的抗性(如psbA)、对光系统I抑制性除草剂的抗性、对原卟啉原氧 化酶IX (PPO)抑制性除草剂抗性(如PPO-1)、对苯脲除草剂的抗性(如CYP76B1)、二氯甲 氧苯酸降解酶等等。
[0051] 关于其他除草剂,一些其它优选的ALS抑制剂包括三唑嘧啶磺苯胺(氯酯磺草胺、 双氯磺草胺、唑嘧磺草胺、磺草唑胺和嘧啶并三唑类磺胺)、嘧啶硫代苯甲酸和氟唑磺隆。一 些优选的HPH)抑制剂包括甲基磺草酮、异恶唑草酮和磺草酮。一些优选的PPO抑制剂包括 丙炔氟草胺、氟丙嘧草酯、唑草酮、甲磺草胺和二苯醚(如三氟羧草醚、氟磺胺草醚、乳氟禾 草灵和乙氧氟草醚)。
[0052] 此外,可以将24DT22基因单独或与其它除草剂耐受作物特征叠加后再与一种或 多种其它输入(如昆虫抗性、真菌抗性或胁迫耐性等)或输出(如提高的产量、改进的油 量、提高的纤维品质等)性状叠加。因此,本发明可用于提供以灵活且经济地控制任何数目 的农学害虫的能力和提高作物品质的完整农学解决方案。
[0053] 本发明24DT22基因能降解2, 4-D,是重要的除草剂耐受作物和选择标记物特征可 能性的基础。
[0054] 本发明可进行转基因表达,可以控制几乎所有阔叶杂草的除草剂组合。24DT22基 因可作为优秀的除草剂耐受作物性状与例如其它除草剂耐受作物性状(如草甘膦抗性、草 铵膦抗性、ALS抑制剂(如咪唑啉酮类、磺酰脲类、三唑并嘧啶磺酰胺类)抗性、溴草腈抗性、 HPro抑制剂抗性、PPO抑制剂抗性等)和昆虫抗性性状(CrylAb、CrylF、Vip3、其它苏云金 芽孢杆菌蛋白质或非芽孢杆菌属来源的昆虫抗性蛋白等)叠加。此外,24DT22基因可作为 选择标记物辅助选择用另一个基因或基因群遗传改造的植物的原代转化体。
[0055] 苯氧基链烷酸酯基团可用于将稳定的酸官能团引入除草剂。酸性基团可通过"酸 捕获"输入韧皮部活性(除草剂作用所需的属性),从而可以为了活性目的而整合进新除草 剂。存在很多可能为24DT22底物的市售和实验性除草剂。因此,使用本发明基因还可以得 到对其它除草剂的耐性。
[0056] 本发明的除草剂耐性作物性状可用在与其它除草剂耐性作物性状(包括但不限 于草甘膦耐性)的新组合中。由于对除草剂(如草甘膦)的新获得的抗性或固有的耐性, 这些性状组合产生控制杂草物种的新方法。因此,除了除草剂耐性作物性状,本发明的范围 包括使用除草剂控制杂草的新方法,其中通过转基因作物中的所述酶产生对所述除草剂的 耐性。
[0057] 本发明可应用于多种植物中,如拟南芥、烟草、大豆、棉花、稻、玉米和芸薹。本发明 还可用于多种其它单子叶(如牧草禾本科或草坪草禾本科)和双子叶作物(如苜蓿、三叶 草、乔木物种等)。类似的,2,4-D(或其它24DT22底物)可更积极地用于耐性适中的禾本 科作物中,由此性状得到的提高的耐性将为种植者提供能以更有效的用量和更广的施用时 间来使用这些除草剂而无作物损伤风险的可能性。
[0058] 本发明中所述的植物、植物组织或植物细胞的基因组,是指植物、植物组织或植物 细胞内的任何遗传物质,且包括细胞核和质体和线粒体基因组。
[0059] 本发明中所述"抗性"是可遗传的,并允许植物在除草剂对给定植物进行一般除草 剂有效处理的情况下生长和繁殖。正如本领域技术人员所认可的,即使植物受到除草剂处 理的一定损伤程度明显,植物仍可被认为"抗性"。本发明中术语"耐性"比术语"抗性"更 广泛,并包括"抗性",以及特定植物具有的抵抗除草剂诱导的各种程度损伤的提高的能力, 而在同样的除草剂剂量下一般导致相同基因型野生型植物损伤。
[0060] 本发明中所述的多核苷酸和/或核苷酸形成完整"基因",在所需宿主细胞中编码 蛋白质或多肽。本领域技术人员很容易认识到,可以将本发明的多核苷酸和/或核苷酸置 于目的宿主中的调控序列控制下。
[0061] 本领域技术人员所熟知的,DNA典型的以双链形式存在。在这种排列中,一条链与 另一条链互补,反之亦然。由于DNA在植物中复制产生了 DNA的其它互补链。这样,本发明 包括对序列表中示例的多核苷酸及其互补链的使用。本领域常使用的"编码链"指与反义 链结合的链。为了在体内表达蛋白质,典型将DNA的一条链转录为一条mRNA的互补链,它 作为模板翻译出蛋白质。mRNA实际上是从DNA的"反义"链转录的。"有义"或"编码"链有 一系列密码子(密码子是三个核苷酸,一次读三个可以产生特定氨基酸),其可作为开放阅 读框(ORF)阅读来形成目的蛋白质或肽。本发明还包括与示例的DNA有相当功能的RNA和 PNA (肽核酸)。
[0062] 本发明中核酸分子或其片段在严格条件下与本发明除草剂抗性基因杂交。任何常 规的核酸杂交或扩增方法都可以用于鉴定本发明除草剂抗性基因的存在。核酸分子或其片 段在一定情况下能够与其他核酸分子进行特异性杂交。本发明中,如果两个核酸分子能形 成反平行的双链核酸结构,就可以说这两个核酸分子彼此间能够进行特异性杂交。如果两 个核酸分子显示出完全的互补性,则称其中一个核酸分子是另一个核酸分子的"互补物"。 本发明中,当一个核酸分子的每一个核苷酸都与另一个核酸分子的对应核苷酸互补时,贝 1J 称这两个核酸分子显示出"完全互补性"。如果两个核酸分子能够以足够的稳定性相互杂交 从而使它们在至少常规的"低度严格"条件下退火且彼此结合,则称这两个核酸分子为"最 低程度互补"。类似地,如果两个核酸分子能够以足够的稳定性相互杂交从而使它们在常规 的"高度严格"条件下退火且彼此结合,则称这两个核酸分子具有"互补性"。从完全互补性 中偏离是可以允许的,只要这种偏离不完全阻止两个分子形成双链结构。为了使一个核酸 分子能够作为引物或探针,仅需保证其在序列上具有充分的互补性,以使得在所采用的特 定溶剂和盐浓度下能形成稳定的双链结构。
[0063] 本发明中,基本同源的序列是一段核酸分子,该核酸分子在高度严格条件下能够 和相匹配的另一段核酸分子的互补链发生特异性杂交。促进DNA杂交的适合的严格条件, 例如,大约在45°C条件下用6. OX氯化钠/柠檬酸钠(SSC)处理,然后在50°C条件下用 2. 0 X SSC洗涤,这些条件对本领域技术人员是公知的。例如,在洗涤步骤中的盐浓度可以选 自低度严格条件的约2. OX SSC、50°C到高度严格条件的约0. 2 X SSC、50°C。此外,洗涤步骤 中的温度条件可以从低度严格条件的室温约22°C,升高到高度严格条件的约65°C。温度条 件和盐浓度可以都发生改变,也可以其中一个保持不变而另一个变量发生改变。优选地,本 发明所述严格条件可为在6XSSC、0.5%SDS溶液中,在65°C下与SEQIDN0 :1发生特异性 杂交,然后用2XSSC、0. 1% SDS和1XSSC、0. 1% SDS各洗膜1次。
[0064] 因此,具有除
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