在质体中表达EPSPS赋予烟草草甘膦抗性

李凡,路史展,刘羽鑫,林拥军,吴高兵,周菲

1.华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室，武汉 430070； 2.华中农业大学植物科学技术学院,武汉 430070

草甘膦又名N-(磷酸甲基)甘氨酸，是一种内吸传导型广谱系统性除草剂，自20世纪70年代以来，已成为全世界使用最广泛的除草剂[1]。5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase,EPSPS)是一种由核编码的叶绿体定位蛋白，它参与植物、微生物体内重要的莽草酸代谢途径，通过催化磷酸烯醇丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)的烯醇丙酮酰基转移至莽草酸-3-磷酸(shikimate-3-phosphate，S3P)的5-OH处合成5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate，EPSP)[2]。草甘膦不直接与游离的EPSPS酶结合[3-4]，而是形成EPSPS-S3P-复合物，竞争性抑制PEP的结合[5-6]，阻断莽草酸途径，抑制下游芳香族氨基酸合成，从而导致蛋白合成受阻、次生代谢产物缺乏，最终造成植物死亡。研究表明，莽草酸途径具有低毒性，且在人和哺乳动物中尚未发现该途径，因此,认为草甘膦对人畜基本没有毒性[7]，是培育耐除草剂作物的优良靶标除草剂。

AroAI.va*基因是由华中农业大学生命科学技术学院刘子铎教授团队从放线菌属变异白蚁菌(Isoptericolavarialilis)中鉴定到的一类非敏感型EPSPS合酶基因，并已申请了专利[8]。与已报道的具备天然草甘膦抗性的EPSPS的序列相似性均小于30%，属于具有新型序列特征的EPSPS，且酶动力学分析表明AroAI.va*在对草甘膦具有耐受性的同时还保持了对底物PEP较强的亲和力[9]。Cui等[10]将AroAI.va*通过密码子优化人工合成后，利用遗传转化导入到水稻中，培育获得了农艺性状优良、具有商业应用潜力的高抗草甘膦的转基因水稻家系。……