可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜突變體制造技術

本發明專利技術涉及一種可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜植物及其部分，其包含內源性乙酰乳酸合酶(ALS)基因的突變，其中所述ALS基因編碼在其位置569處含有不同于色氨酸的氨基酸的ALS多肽。

Beet mutants resistant to ALS inhibitor herbicides

The present invention relates to a beet plant and its part that can tolerate ALS inhibitor herbicides, which include mutations in endogenous acetyl lactate synthase (ALS) genes, in which the ALS gene encodes a ALS polypeptide of amino acids different from tryptophan at its location 569.

【技術實現步驟摘要】
可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜突變體本申請是申請日為2011年10月13日，申請號為201180049766.3，專利技術名稱為“可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜突變體”的專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術涉及可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜(Betavulgaris)植物及其部分，以及用于它們制備的方法。
技術介紹
栽培類型的甜菜(如Ford-Lloyd(2005)Sourcesofgeneticvariation,GenusBeta.In:BiancardiE,CampbellLG,SkaracisGN,DeBiaggiM(eds)GeneticsandBreedingofSugarBeet.SciencePublishers,Enfield(NH),USA,pp25-33中所定義的)是溫帶和亞熱帶地區的重要農作物。例如，約20％的全世界糖類生產是基于糖甜菜(sugarbeet)。因為甜菜幼苗和新生植物在其生命的最初6-8周期間易受到由快速生長的雜草導致的強力競爭，所述雜草可競爭超過幼小的作物植物，所以在這些作物區域中可靠的雜草防治措施是必要的。40多年以來，除草劑是用于在栽培的甜菜中防治雜草的優選工具。用于此目的的產品，例如苯敵草(phenmedipham)、異苯敵草(desmediphan)和苯嗪草酮(metamitron)，可抑制甜菜田地中的雜草生長而不損害所述作物。然而在不利環境條件下，這些產品的效力還有提高的空間，尤其是當有害雜草，例如藜(Chenopodiumalbum)、反枝莧(Amaranthusretroflexus)和/或三肋果(Tripleurospermuminodorata)，在一段較長的時間內萌發時。非常需要創新的除草劑活性成分以改善甜菜中的雜草控制選擇。這種化合物應該對廣泛的雜草譜(優選從雜草萌發直到所述雜草植物的全面發育)起作用而不影響甜菜作物(不論其處于哪個發育階段)。通過經典的除草劑篩選途徑，在過去的幾十年中沒有發現可用于甜菜的可以農藝學上優先的方式滿足全部這些嚴格性質的選擇性除草劑活性成分。某些化學藥品可抑制所述酶“乙酰羥酸合酶”(AHAS)，該酶還被稱為“乙酰乳酸合酶”(ALS[EC4.1.3.18])。ALS是屬于ALS抑制劑除草劑類的五種結構上不同的除草劑家族的作用位點，所述除草劑家族例如(a)磺酰脲除草劑(sulfonylureaherbicide)(BeyerE.Metal.(1988),SulfonylureasinHerbicides:Chemistry,Degradation,andModeofAction；MarcelDekker,NewYork,1988,117-189)，(b)磺酰氨基羰基三唑啉酮除草劑(sulfonylaminocarbonyltriazolinoneherbicide)(Pontzen,R.,Pflanz.-NachrichtenBayer,2002,55,37-52)，(c)咪唑啉酮除草劑(Shaner,D.L.,etal.,PlantPhysiol.,1984,76,545-546；Shaner,D.L.,andO'Connor,S.L.(Eds.)TheImidazolinoneHerbicides,CRCPress,BocaRaton,FL,1991)，(d)三唑并嘧啶除草劑(triazolopyrimidineherbicide)(Kleschick,W.A.etal.,Agric.FoodChem.,1992,40,1083-1085)，和(e)嘧啶基(硫)苯甲酸鹽(酯)除草劑(pyrimidinyl(thio)benzoateherbicide)(Shimizu,T.J.,Pestic.Sci.,1997,22,245-256；Shimizu,T.etal.,AcetolactateSyntehaseInhibitorsinHerbicideClassesinDevelopment,Boger,P.,Wakabayashi,K.,Hirai,K.,(Eds.),SpringerVerlag,Berlin,2002,1-41)。ALS參與兩個丙酮酸分子到一個乙酰乳酸分子和二氧化碳的轉變。所述反應使用焦磷酸硫胺素以連接所述兩個丙酮酸分子。該反應產生的產物乙酰乳酸最終轉變為纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸(Singh(1999)"Biosynthesisofvaline,leucineandisoleucine",inPlantAminoAcids,Singh,B.K.,ed.,MarcelDekkerInc.NewYork,NewYork,pp.227-247)。ALS的抑制劑可阻斷植物中纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物合成。結果是所述各個氨基酸庫被迅速耗盡，引起蛋白生物合成的停止，這導致植物生長停止并最終導致所述植物死亡或至少被損害。ALS抑制劑除草劑由于其在適度施用率下的有效性及在動物中的相對無毒性而廣泛地用于現代農業。通過抑制ALS活性，這些除草劑家族可防止包括很多雜草種類在內的易感植物的進一步生長和發育。為了提供具有對實現充分雜草防治所需要的甚至高濃度的ALS抑制劑除草劑的高耐受度的植物，需要額外的可抗ALS抑制型除草劑的作物植物的育種品系和品種，以及用于產生和使用可抗ALS抑制型除草劑的育種品系和品種的方法和組合物。多種多樣的ALS抑制劑除草劑使得農民可控制許多雜草種類(無論其處于何種生長階段)，但這些高度有效的除草劑不能用于甜菜，因為常規的甜菜植物/商業化甜菜品種對這些ALS抑制劑除草劑是高度敏感的。然而，這些ALS抑制劑除草劑對闊葉和禾本科雜草種類顯示出優秀的除草劑活性。早在30年以前，具有抑制ALS的作用方式的第一批除草劑已被開發用于農業?，F在，這類除草劑的活性成分展示出強力的雜草控制，并被廣泛用于玉米和谷類以及雙子葉作物，甜菜除外。當今已知的用于甜菜出苗后施用方案的唯一ALS抑制劑除草劑是這種除草劑(含有氟胺磺隆(triflusulfuron-methyl)作為活性成分加上特定的制劑化合物)可在其抑制甜菜內源性ALS酶之前被甜菜分解，但是其在甜菜生長區域的雜草控制中有嚴重的不足(gap)。自從ALS抑制劑除草劑被引進到農業中以來，觀察到敏感的植物種類(包括天然存在的雜草)偶爾顯現出對這類除草劑的自發耐受性。在ALS基因的特定位點處的單堿基對取代通常導致或多或少的抗性ALS酶變體，所述變體顯示出不同水平地被ALS抑制劑除草劑的抑制。因此，具有突變的ALS等位基因的植物顯示出對ALS抑制劑除草劑的不同水平的耐受性，這依賴于所述ALS抑制劑除草劑的化學結構和ALS基因的點突變位點。例如，Hattorietal.(1995),Mol.Gen.Genet.246:419-425記載了甘藍型油菜(Brassicanapus)細胞系中Trp557密碼子中的單突變(根據用于文獻中以比較全部ALS/AHAS突變體的擬南芥序列的編號，所述位置是指位置"574")，所述位置等同于甜菜ALS序列的位置569。這些作者觀察到了對ALS抑制劑除草劑亞類的幾個成員(例如磺酰脲、咪唑啉酮和三唑并嘧啶)的抗性。描述了在Ala1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜植物、其部分、其可收獲部分或其繁殖材料用于甜菜植物的制備/育種、糖生產、生物燃料生產、乙醇生產、甜菜堿生產或尿苷生產的用途，所述甜菜植物、其部分、其可收獲部分或其繁殖材料包含內源性乙酰乳酸合酶(ALS)基因的突變，其中所述ALS基因編碼在其位置569處含有具有代替天然編碼的氨基酸色氨酸的亮氨酸的ALS多肽，并且其中所述突變作為唯一突變以純合子形式存在，并且所述甜菜植物對ALS抑制劑的敏感度至少低2000倍。

【技術特征摘要】
2010.10.15 EP 10187751.2;2010.10.19 US 61/394,4631.一種可耐受ALS抑制劑除草劑的甜菜植物、其部分、其可收獲部分或其繁殖材料用于甜菜植物的制備/育種、糖生產、生物燃料生產、乙醇生產、甜菜堿生產或尿苷生產的用途，所述甜菜植物、其部分、其可收獲部分或其繁殖材料包含內源性乙酰乳酸合酶(ALS)基因的突變，其中所述ALS基因編碼在其位置569處含有具有代替天然編碼的氨基酸色氨酸的亮氨酸的ALS多肽，并且其中所述突變作為唯一突變以純合子形式存在，并且所述甜菜植物對ALS抑制劑的敏感度至少低2000倍。2.根據權利要求1的用途，其中所述內源ALS基因與SEQIDNO:3所確定的核苷酸序列是相同的。3.根據權利要求1的用途，其可耐受一種或多種ALS抑制劑除草劑，所述ALS抑制劑除草劑選自磺酰脲除草劑、磺酰氨基羰基三唑啉酮除草劑、咪唑啉酮除草劑、三唑并嘧啶除草劑和嘧啶基(硫)苯甲酸鹽(酯)除草劑。4.根據權利要求1的用途，其中所述部分為植物的器官、組織和細胞，并且優選種子。5.制備權利要求1的甜菜植物及其部分的方法，包括如下步驟：(a)將來自甜菜的愈傷組織暴露于約10-7M-10-9M的ALS抑制劑除草劑，優選甲酰胺磺??；(b)選擇可在最高達3×10-6M的ALS抑制劑除草劑存在的情況下生長的細胞克隆，所述ALS抑制劑除草劑優選甲酰胺磺??；(c)在ALS抑制劑除草劑存在的情況下再生莖尖，所述ALS抑制劑除草劑優選甲酰胺磺?。?d)用ALS抑制劑除草劑選擇再生的小植株，其中所述ALS抑制劑除草劑優選甲酰胺磺隆、碘甲磺隆鈉鹽和/或這兩者的混合物，并且其中甲酰胺磺隆的劑量優選地等價于7-70ga.i./ha，并且碘甲磺隆鈉鹽的劑量優選地等價于1-10ga.i./ha，其中所述小植株包含內源性乙酰乳酸合酶(ALS)基因的突變，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·海恩，J·本特寧，G·唐，N·尼特爾奧特里本，B·霍爾茲卓特，A·路克，C·施普林曼，R·詹森，
申請(專利權)人：拜耳知識產權有限責任公司，KWS種子歐洲股份公司，
類型：發明
國別省市：德國,DE