新除草劑抗性基因制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供不僅對(duì)2，4-滴和其他苯氧基生長(zhǎng)素除草劑具有抗性，而且還對(duì)芳氧基苯氧丙酸酯除草劑具有抗性的新植物。本發(fā)明專利技術(shù)還包括這樣的植物：其產(chǎn)生單獨(dú)或與其他除草劑抗性基因(優(yōu)選草甘膦抗性基因)“疊加”的一種或多種本發(fā)明專利技術(shù)的酶，以提供更廣更強(qiáng)的雜草控制、提高的處理靈活性和改進(jìn)的除草劑抗性管理選擇。更具體的，本發(fā)明專利技術(shù)用途中優(yōu)選的酶和基因在本文中稱為AAD(芳氧基鏈烷酸酯雙加氧酶)基因和蛋白。本發(fā)明專利技術(shù)還包括控制雜草的相關(guān)方法。本發(fā)明專利技術(shù)使得可以以新的方式使用除草劑的新組合。此外，本發(fā)明專利技術(shù)提供預(yù)防形成對(duì)一種或多種除草劑(如草甘膦)具有抗性(或天然更具耐性)的雜草或控制這些雜草的方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
新除草劑抗性基因本申請(qǐng)是專利技術(shù)人于2005年5月2日提交的題為“新除草劑抗性基因”的中國(guó)專利 申請(qǐng)200580022066. X的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求2004年4月30日提交的U. S.臨時(shí)申請(qǐng)序列No. 60/567, 052的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)介紹
雜草可以迅速耗盡土壤中作物和其他目的植物所需的有價(jià)值的養(yǎng)分。目前有多種 類型的除草劑用于控制雜草。一種特別流行的除草劑是草甘膦。已經(jīng)開發(fā)了對(duì)草甘膦具有抗性的作物，如玉米、大豆、蕓苔、棉花、甜菜、小麥、草坪 和稻。因此可以例如對(duì)積極種植草甘膦抗性作物的田地噴灑草甘膦以控制雜草而不顯著損 害作物植物。隨著二十世紀(jì)九十年代中期遺傳改造的草甘膦耐性作物(GTC)的引入，在農(nóng)業(yè)中 前所未有地使種植者能夠以簡(jiǎn)單、便利、靈活并廉價(jià)的工具控制廣譜闊葉和禾本科雜草。因 此，生產(chǎn)者們迅速采用了 GTC，并在很多情況下放棄了公認(rèn)最佳的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，如作物輪作、除 草劑作用方式輪作、罐混、在化學(xué)和栽培雜草控制中摻入機(jī)械控制。目前在美國(guó)和西半球 其他地方可以購(gòu)買到草甘膦耐性大豆、棉花、玉米和蕓苔。取決于全球市場(chǎng)的接受度，更多 的GTC(如小麥、稻、甜菜、草坪等等)正準(zhǔn)備引入。許多其他草甘膦抗性物種正在實(shí)驗(yàn)至開 發(fā)階段(如苜蓿、甘蔗、向日葵、甜菜、豌豆、胡蘿卜、黃瓜、萵苣、洋蔥、草莓、西紅柿和煙草、 林業(yè)物種如白楊、香楓和園藝物種如金盞花、牽牛花和秋海棠，參閱“isb. vt. edu/cfdocs/ fieldtestsl. cfm，2005”站點(diǎn))。此外，近年來(lái)草甘膦的費(fèi)用已經(jīng)大幅降低至幾乎沒有常規(guī) 雜草控制程序能在價(jià)格和性能上與草甘膦GTC系統(tǒng)有效競(jìng)爭(zhēng)。草甘膦已經(jīng)在滅生(burndown)和其他非作物地區(qū)成功用于完全植被控制超過15 年。在許多情況下(如對(duì)于GTC)，可以在連續(xù)的3、5、10直至15年中每年使用草甘膦1-3 次。這些情況已經(jīng)導(dǎo)致對(duì)草甘膦和GTC技術(shù)的過度依賴，并在天然雜草物種中對(duì)草甘膦天 然更具耐性或已經(jīng)發(fā)展出對(duì)抗草甘膦除草劑活性的機(jī)制的植物施加了高選擇壓。僅用草甘膦的雜草控制程序的廣泛使用正導(dǎo)致對(duì)草甘膦抗性植物的選擇，并且 正在選擇固有地比多數(shù)靶物種更能耐受草甘膦的雜草物種后代(即雜草演替)。(Ng等， 2003 ；Simarmata 等，2003 ；Lorraine-Colwi11 等，2003 ；Sfiligoj,2004 ；MiIlar 等，2003 ； Heap, 2005 ；Murphy等，2002 ；Martin等，2002)。盡管草甘膦已經(jīng)在全球廣泛使用超過 15年，但僅有少數(shù)雜草被報(bào)道已發(fā)展出對(duì)草甘膦的抗性(Heap，2005)，然而它們中的大 多數(shù)都鑒定于過去的3-5年。抗性雜草包括闊葉和禾本科雜草——瑞士黑麥草(Lolium rigidum)、多花黑麥草(Lolium multiflorum)、牛筋草(Eleusineindica)、豚草(Ambrosia artemisiifolia)、/]、飛)$ (Conyza canadensis) >Sfijf^ (Conyza bonariensis)禾口i卩十$ 前(Plantago lanceolata)。此外，在廣泛使用GTC之前并不是農(nóng)業(yè)問題的雜草現(xiàn)在開始盛 行，并且難于用GTC(包括> 80%的美國(guó)棉花和大豆地區(qū)和> 20%的美國(guó)玉米地區(qū))控制(Gianessi,200 。這些雜草演替主要與(但不僅與)難于控制的闊葉雜草一起出現(xiàn)。一些 實(shí)例包括藥薯(ipomea)、莧屬(Amaranthus)、藜屬(Chenopodium)、蒲公英屬(Taraxacum) 和鴨跖草科(Commelina)物種。在種植者要面對(duì)草甘膦抗性雜草或演替到更難于控制的雜草物種的地區(qū)，種植者 可以通過罐混或換用能控制遺漏雜草的其他除草劑來(lái)彌補(bǔ)草甘膦的弱點(diǎn)。在許多情況下控 制闊葉逃逸的一種流行且有效的罐混伴侶為2，4_ 二氯苯氧乙酸(2，4_滴)。2，4_滴已經(jīng) 在農(nóng)業(yè)和非作物條件下用于廣譜闊葉雜草控制超過60年。已有關(guān)于更具耐性物種的個(gè)案 報(bào)道，但2，4_滴仍是全球最廣泛使用的除草劑之一。對(duì)進(jìn)一步使用2，4-滴的限制在于它 在雙子葉植物(如大豆或棉花)中的選擇性非常低，因此2，4_滴一般不用于(且一般不靠 近)敏感性雙子葉作物。此外，2，4_滴在禾本科作物中的用途在某種程度上受限于可能出 現(xiàn)的作物損傷的性質(zhì)。2，4_滴和草甘膦的組合已經(jīng)用于在種植免耕大豆和棉花之前提供更 強(qiáng)的滅生處理，然而，由于這些雙子葉物種對(duì)2，4_滴的敏感性，這些滅生處理必須在種植 前 14-30 天以前進(jìn)行(Agriliance，2003)。和MCPA、2-甲-4-氯丙酸和2，4-滴丙酸一樣，2，4-滴是苯氧酸類除草劑。2，4_滴 用于在許多單子葉作物(如玉米、小麥和稻)中選擇性控制闊葉雜草而不嚴(yán)重?fù)p傷目的作 物植物。2，4_滴是合成的植物生長(zhǎng)素衍生物，其作用為使正常的細(xì)胞激素內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)，并阻 礙平衡的受控生長(zhǎng)，然而，其確切的作用模式仍不了解。2,4-滴對(duì)某些植物具有不同水平的選擇性(如雙子葉植物比禾本科植物更敏 感)。不同植物對(duì)2，4_滴的不同代謝是不同水平選擇性的一種解釋。通常植物緩慢代謝2， 4-滴，因此靶位點(diǎn)的不同活性更可能解釋植物對(duì)2，4_滴不同的應(yīng)答(WSSA，20(^)。2，4_滴 的植物代謝一般通過兩步代謝實(shí)現(xiàn)，一般是羥基化后接著與氨基酸或葡萄糖綴合(WSSA， 2002)。隨著時(shí)間的發(fā)展，微生物種群已經(jīng)發(fā)展出降解此特定外來(lái)物的有效的替代途徑， 所述途徑引起2，4_滴的完全礦化。對(duì)微生物連續(xù)應(yīng)用除草劑選擇了能利用除草劑作為碳 源用于生長(zhǎng)(從而使其在土壤中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì))的微生物。因?yàn)檫@個(gè)原因，目前將2，4_滴 配制為具有相對(duì)短的土壤半衰期，并且對(duì)其后的作物沒有遇到明顯的遺留效應(yīng)(carryover effect) 0這促進(jìn)了 2，4-滴的除草劑應(yīng)用。已經(jīng)廣泛研究了其降解2，4_滴能力的一種生物是真養(yǎng)雷氏菌(Ralstonia eutropha) (Mreber等，1987)。編碼礦化途徑中第一個(gè)酶促步驟的基因?yàn)閠fdA。參閱 U. S.專利No. 6，153，401和GENBANK登錄號(hào)M16730。TfdA通過α酮戊二酸依賴性雙加氧酶 反應(yīng)催化2，4-滴酸轉(zhuǎn)化成二氯苯酚(DCP) (Smejkal等，2001)。DCP與2，4-滴相比幾乎不 具有除草劑活性。TfdA在轉(zhuǎn)基因植物中用于向通常對(duì)2，4_滴敏感的雙子葉植物(如棉花 和煙草)中輸入 2,4-滴抗性(Streber 等(1989)，Lyon 等(1989)，Lyon (1993)和 U. S.專 利 No. 5，608，147)。已在環(huán)境中鑒定了大量編碼能降解2，4_滴的蛋白質(zhì)的tfdA型基因并已保存于 Genebank數(shù)據(jù)庫(kù)。許多同系物與tfdA類似(氨基酸同一性> 85% )并具有與tfdA相似 的酶活性。然而，有大量同系物與tfdA具有顯著更低的同一性05-50% )，但卻具有與α 酮戊二酸依賴性雙加氧酶F,雙加氧酶相關(guān)的特征殘基。因此這些不同的雙加氧酶的底物 特異性是什么并不明確。與tfdA具有低同源性(氨基酸同本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
控制地區(qū)中至少一種雜草的方法，其中所述地區(qū)中包含至少一種來(lái)自轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的植物，其中所述方法包括對(duì)所述地區(qū)應(yīng)用第一種除草劑，其選自苯氧基生長(zhǎng)素除草劑和芳氧基苯氧丙酸酯除草劑，所述轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞含有編碼ＡＡＤ－１蛋白的多核苷酸，所述ＡＡＤ－１蛋白的氨基酸序列為ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：９，或通過一個(gè)或幾個(gè)氨基酸的取代、添加或缺失而衍生自ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：９，且具有芳氧基鏈烷酸酯雙加氧酶活性的氨基酸序列。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T·R·萊特，J·M·里拉，D·J·默洛，N·霍普金斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：美國(guó)陶氏益農(nóng)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US