一种als突变型基因在抗除草剂方面的应用_2

文档序号:9919805阅读:来源:国知局
39] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会 理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体 条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为 可W通过市购获得的常规产品。
[0040] 实施例1:水稻抗咪挫嘟酬类除草剂突变体获取过程(百垄通)
[0041] 将釉型常规水稻9311种子(购自江苏省农业种质资源保护与利用平台)(此为MO, 用清水浸泡2小时)150kg分6次用0.5-1.0% (w/w)甲横酸乙醋(EMS)室溫下浸泡6-9小时,期 间每1小时摇动一次种子;弃去EMS溶液,自来水翻动浸泡种子5次,每次5分钟,然后用自来 水冲洗种子过夜,次日进行田间播种,并进行常规肥水管理(此为Ml)。植株成熟后,种子混 收、惊干,过冬保存。次年播种田间。待水稻(此为M2)幼苗长至3-4叶期时,喷施为SmL百垄 通/L水r百垄通"是德国己斯夫公司生产一种水剂型咪挫嘟酬类除草剂,推荐最低使用浓 度为ImL百垄通/1.5~化水),30天后还呈正常绿色植株即为抗咪挫嘟酬类除草剂的水稻突 变植株(图1)。共计获得抗除草剂的M2单株370株,运些抗性单株进行常规肥水管理,有320 个M2单株可正常结实,种子成熟后,单株收种、惊干,过冬保存。
[0042] 实施例2:抗咪挫嘟酬类除草剂水稻突变体突变位点分析
[0043] 取上述实施例1获得的抗除草剂水稻突变植株中选取突变植株1和突变植株2的叶 片,分别提取基因组DNA,送上海翰宇生物科技有限公司进行基因组测序。测序结果与9311 参考基因组序列化ttp: //riseS. genomics. org. cn/page/rice/download. jsp)相比,发现 上述抗除草剂水稻突变体在ALS基因上发生了多个位点的突变,其中抗除草剂突变植株I在 ALS基因的第75、339位点碱基发生突变,分别由G变成C、A变成C,导致其相应编码的氨基酸 序列的第25、113位点由谷氨酷胺变为组氨酸、谷氨酷胺变为组氨酸,即抗除草剂突变植株 的ALS基因的核巧酸序列如SEQ ID NO. 1所示,其编码的ALS蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO. 2所示;抗除草剂突变植株2在ALS基因的第75、339、710位点碱基发生突变,分别由G变成 C、A变成C、C变成T,导致其相应编码的氨基酸序列的第25、113、237位点分别由谷氨酷胺变 为组氨酸、谷氨酷胺变为组氨酸、丙氨酸变成鄉氨酸,即抗除草剂突变植株的ALS基因的核 巧酸序列如SEQ ID NO.3所示,其编码的ALS蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。本发明 的突变植株U9311M1)其分类命名为釉型常规水稻9311(0巧za sativa indica Group CUltivar 9311)的抗除草剂突变体,该菌株已于2016年3月30号保藏于中国微生物菌种保 藏管理委员会普通微生物中屯、(CGMCC),地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学 院微生物研究所,邮编:100101,保藏编号为CGMCC No. 12265。本发明的突变植株2(9311M2) 其分类命名为釉型常规水稻931 UOiyza sativa indica Group cultivar 9311)的抗除草 剂突变体,该菌株已于2016年3月30号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物 中屯、(CGMCC),地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编: 100101,保藏编号为CGMCC No. 12266。该保藏的水稻种子与普通水稻种子的培养条件一致, 喜高溫、多湿、短日照,对±壤要求不严,在20-32°C、湿润的±壤(pH 5.5-7.5)、正常日照条 件下都可较好地生长。将水稻种子用清水浸泡后,置于恒溫培养箱25-3(TC培养48小时,早 晚各换一次水;接着将水稻种子放在垫有湿纱布的平皿中,盖上盖子,放在恒溫培养箱25-30°C培养,大约3-4天就可检测发芽情况。
[0044] 实施例3抗咪挫嘟酬类除草剂水稻突变体ALS基因克隆
[0045] 取上述抗除草剂水稻突变体931 IMl和9311M2的叶片,分别提取基因组DNA。根据 9311水稻野生型ALS基因(BAC克隆Genbank登录号AAAA02006431.1)所在的染色体序列设计 扩增ALS基因3 '端序列的特异引物为:正向引物3F5 ' -GGTCTTGCGTCTGGTTGGCGAGT-3 '、反向 引物3R 5'-CTCTTTATGGGTCATTCAGGTCAA-3',设计扩增ALS基因5'端序列的特异引物为:正 向引物5F 5 ' -ATCCGAGCCACACATCGCCTCAC-3 ',反向引物5R5 ' -AGCAACAGGTCAGCCTTATCCAC-3'。该两对特异引物扩增的序列有23化P的重叠部分,可W拼接成完整的ALS基因序列。
[0046] 采用!"akara PrimerSTAR Max DNA Polymerase聚合酶(购自!"akara公司)扩增ALS 基因5'端序列、3'端序列,其反应体系如下:
[0047]
[004引 PCR扩增反应程序采用两步法,退火和延伸合为一起,采用68度。
[0049] 程序如下:预变性:98 °C 3min; 35个循环:变性98 °C IOsec;延伸68 °C Imin;保溫:72 °C IOmin。
[0050] 取化1 PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测,发现有预期大小的片段后(图2、图3), 剩余的PCR产物经PCR清洁试剂盒(购自Axygen公司)清洁回收后,克隆至PMD19-T载体(购自 化kara公司),然后转化大肠杆菌。每个转化随机挑取12个大肠杆菌单克隆进行PCR检测,取 PCR结果呈阳性的6个单克隆,送金斯瑞生物科技有限公司测序,获得突变ALS基因序列。 [0051 ]实施例4水稻M3突变体抗咪挫嘟酬类除草剂(百垄通)
[0化2] 将9311M1和9311M2收获的种子播种出苗(此为M3),待M3水稻幼苗长至3-4叶期时, 喷施4mL百垄通/L水(推荐最低使用浓度为ImL百垄通/化水,相当于12倍浓度)。喷施除草剂 15天后,抗性苗M3呈正常绿色、能继续长高至20-30cm,而非抗性苗叶片失去绿色甚至部分 枯黄,植株不长高,只有5-9畑1。30天后,M3抗性株呈正常绿色植株,而喷施同样浓度除草剂 的野生型水稻都已全部枯死,表明突变水稻至少抗12倍浓度的百垄通除草剂。
[0053]实施例5水稻M3突变体抗横酷脈类除草剂(甲喀横隆)
[0化4] 将9311M1和9311M2收获的种子播种出苗(此为M3),待M3水稻幼苗长至3-4叶期时, 喷施4.5g/L甲喀横隆(帆邦生物科技有限公司生产的水分散粒剂,有效成分75% ;推荐最低 使用浓度为〇.5625g/L,相当于8倍推荐使用浓度)。喷施除草剂15天后,抗性苗M3呈正常绿 色、能继续长高至20-30cm,而非抗性苗叶片失去绿色甚至部分枯黄,植株不长高,只有5-9畑1。30天后,M3抗性株呈正常绿色植株,而喷施同样浓度除草剂的野生型水稻都已全部枯 死,表明突变水稻至少抗8倍浓度的甲喀横隆除草剂。
[0055] 实施例6水稻M3突变体的ALS酶活测定
[0056] 为了验证水稻突变体的除草剂抗性是否由ALS突变所致,本发明人进行了 ALS酶活 性测定。测定方法参照Singh等的方法(Sin曲B.K.,Sti化am M.A.,Shaner D丄.Assay of acetohydroxyacid synthase .Analytical Biochemistry, 1988,171:173-179.)。具体的, 分别取野生型、931 IMl和9311M2的M3植株叶片0.2g,在研鉢中用液氮研磨粉碎,加入2mL提 取液(100mMK2HP04,pH7.5、10mM丙酬酸钢、5mMEDTA、lmM鄉氨酸、lmM亮氨酸、10mM半脫氨 酸、0.1 mM黄素腺嚷岭二核巧酸、5mM氯化儀、10% (V/V)甘油、1 % (w/v)聚乙締化咯烧酬),待 提取液解冻后继续研磨Imin左右。12000巧m、4°C离屯、30min,吸取上清液,加入硫酸锭使之 达到50 %饱和度,于冰上放置半小时,12000巧m、4°C离屯、30min,弃上清,将沉淀溶解于 0.2血反应缓冲液(IOOmM K2HP04,pH 7.0、lmM抓TA、10mM氯化儀、IOOmM丙酬酸钢、ImM焦憐 酸硫胺素、0.1 mM黄素腺嚷岭二核巧酸),分别得各植株的ALS提取液。
[0057] 在获得ALS提取液中分别加入10化除草剂"百垄通"(水剂,有效成分240g/L),或 Img甲喀横隆(帆邦生物科技有限公司生产的水分散粒剂,有效成分75%),混匀,37°C解育 化,加O. Iml 3M硫酸终止反应,反应混合物在60°C反应解育30分钟便于脱簇。然后加0.4mL 显色液(0.09g/L 1-糞酪和0.009g/L肌酸,用2.5M化O田容解)。混合液在37°C解育30分钟进 行显色(ALS催化2个丙酬酸形成乙酷乳酸,乙酷乳酸脱簇形成3-径基下酬,再与肌酸和1-糞 酪形成粉红色复合物,该复合物在530nm处有最大吸收值),随后测定其530nm的吸光度,ALS 活性用A530吸光值表示,A530吸光值的高低反映ALS活性的高低。实验W水为对照,野生型、 931 IMl株系和9311M2株系都各测5个单株。
[0化引 A530吸光值测定结果发现,当野生型、931 IMl和9311M2的ALS提取液中没有ALS抑 审IJ剂百垄通时,它们的A530吸光值均在1.2-1.4间,表明野生型和突
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