耐除草剂的原卟啉原氧化酶

1.一种核酸分子，它包括编码具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的 修饰酶的核苷酸序列，其中所述的修饰酶可耐受所述酶的天然存在形式的 抑制剂，其中所述的修饰酶包括下列氨基酸亚序列中的至少一种：
(a)KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸；
(b)QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸；
(c)APΔ1F，其中Δ1是非精氨酸的氨基酸；
(d)FΔ2S，其中Δ2是亮氨酸；
(e)YΔ3G，其中Δ3是异亮氨酸；
(f)Δ7IG，其中Δ7是组氨酸或丙氨酸；
(g)TΔ16G，其中Δ16是非亮氨酸的氨基酸；和YVΔ17G，其中Δ17是非 丙氨酸的氨基酸；
其中编码所述酶的天然存在形式的核苷酸序列来源于一种植物。
2.一种根据权利要求1的核苷酸分子，它包括编码具有原卟啉原氧化 酶(protox)活性的修饰酶的核苷酸序列，其中所述的修饰酶可耐受所述 酶的天然存在形式的抑制剂，其中所述的修饰酶包括选自下列一组氨基酸 亚序列的至少一种氨基酸亚序列：
(a)KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸；
(b)QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸；
(c)APΔ1F，其中Δ1是非精氨酸的氨基酸；
(d)FΔ2S，其中Δ2是亮氨酸；
(e)YΔ3G，其中Δ3是异亮氨酸；
(f)Δ7IG，其中Δ7是组氨酸或丙氨酸；
(g)TΔ16G，其中Δ16是非亮氨酸的氨基酸；和YVΔ17G，其中Δ17是非 丙氨酸的氨基酸；
其中编码所述修饰酶的所述核苷酸序列在下列条件下与以SEQ ID NO：1、SEQ ID NO：5、SEQ ID NO：9、EQ ID NO：11、SEQ ID NO：15、SEQ ID NO：17、SEQ ID NO：19、SEQ ID NO：21、SEQ ID NO：23或SEQ ID NO：36 表示的核苷酸序列中的任意一种杂交：
(i)在50℃下的7％十二烷基硫酸钠(SDS)、0.5M NaPO4 pH7.0、 1mM EDTA中杂交；和
(ii)在50℃下的2X SSC、1％SDS中洗涤。
3.一种根据权利要求1或2中任意一项的核酸分子，它包括编码具有 原卟啉原氧化酶(protox)活性的修饰酶的核苷酸序列，其中所述的修饰 酶可耐受所述酶的天然存在形式的抑制剂，其中所述的修饰酶包括下列氨 基酸亚序列中的至少一种：
(a)KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸；
(b)QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸；
(c)APΔ1F，其中Δ1是非精氨酸的氨基酸；
(d)Δ7IG，其中Δ7是组氨酸；
其中编码所述酶的天然存在形式的核苷酸序列来源于一种植物。
4.根据权利要求1所述的核酸分子，其中所述的修饰酶包括氨基酸亚 序列KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸、优选地是苏氨酸或缬氨酸、 而尤其是缬氨酸。
5.根据权利要求1所述的核酸分子，其中所述的修饰酶包括氨基酸亚 序列QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸、优选地是丝氨酸。
6.根据权利要求1所述的核酸分子，其中所述的修饰酶包括氨基酸亚 序列APΔ1F，其中Δ1是亮氨酸或半胱氨酸。
7.根据权利要求1所述的核酸分子，其中所述的修饰酶包括氨基酸亚 序列Δ7IG，其中Δ7是组氨酸或丙氨酸、优选地是组氨酸。
8.一种核酸分子，它包括编码具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的 修饰酶的核苷酸序列，其中所述的修饰酶可耐受所述酶的天然存在形式的 抑制剂，且其中所述的修饰酶包括第一种氨基酸亚序列且进一步包括选自 下列一组氨基酸亚序列的至少一种附加氨基酸亚序列：
(a)QΔ11S，其中Δ11是非脯氨酸的氨基酸；
(b)IGGΔ12，其中Δ12是非苏氨酸的氨基酸；
(c)SWXLΔ13，其中Δ13是非丝氨酸的氨基酸；
(d)LΔ14Y，其中Δ14是非天冬酰胺的氨基酸；
(e)GΔ15XGL，其中Δ15是非酪氨酸的氨基酸。
9.一种根据权利要求8的核酸分子，其中所述的第一种亚序列是权利 要求1-7中任意一项的序列。
10.根据权利要求8和9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的附加 亚序列是QΔ11S，其中Δ11是非脯氨酸的氨基酸、优选地是亮氨酸。
11.根据权利要求8和9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的附加 亚序列是IGGΔ12，其中Δ12是非苏氨酸的氨基酸、优选地是异亮氨酸或丙 氨酸。
12.根据权利要求8和9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的附加 亚序列是SWXLΔ13，其中Δ13是非丝氨酸的氨基酸、优选地是亮氨酸。
13.根据权利要求8和9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的附加 亚序列是LΔ14Y，其中Δ14是非天冬酰胺的氨基酸、优选地是丝氨酸。
14.根据权利要求8和9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的附加 亚序列是GΔ15XGL，其中Δ15是非酪氨酸的氨基酸、优选地是半胱氨酸。
15.根据权利要求1-9中任意一项所述的核酸分子，其中所述的修饰 酶包括：氨基酸亚序列Δ7IG，其中Δ7是非酪氨酸的氨基酸、优选地是异 亮氨酸；氨基酸亚序列IGGΔ12，其中Δ12是非苏氨酸的氨基酸、优选地是 异亮氨酸；和氨基酸亚序列SWXLΔ13，其中Δ13是非丝氨酸的氨基酸、优选 地是亮氨酸。
16.一种根据权利要求1和8-9中任意一项所述的核酸分子，它包括 分离自一种植物的编码具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的修饰酶的核 苷酸序列，其中所述的修饰酶可耐受天然存在的protox酶的抑制剂，其 中所述的核苷酸序列的进一步特征在于至少满足下列条件之一：
(a)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列APΔ1F的序列，其中Δ1是 亮氨酸；
(b)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列FΔ2S的序列，其中Δ2是 亮氨酸；
(c)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列YΔ3G的序列，其中Δ3是 异亮氨酸；
(d)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列Δ7IG的序列，其中Δ7是丙 氨酸或组氨酸；
(e)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列YΔ3G的序列，其中Δ3是 非丙氨酸的氨基酸，而优选地是半胱氨酸或异亮氨酸、更优选地是异亮氨 酸；且所述的核酸序列还具有编码选自下列亚序列组中之一的序列：
(1)亚序列QΔ11S，其中Δ11是非脯氨酸的氨基酸；
(2)亚序列IGGΔ12，其中Δ12是非苏氨酸的氨基酸；
(3)亚序列SWXLΔ13，其中Δ13是非丝氨酸的氨基酸；
(4)亚序列LΔ14Y，其中Δ14是非天冬酰胺的氨基酸；和
(5)亚序列GΔ15XGL，其中Δ15是非酪氨酸的氨基酸；
(f)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列Δ7IG的序列，其中Δ7是 非酪氨酸的氨基酸，而优选地是苏氨酸、丙氨酸或组氨酸、更优选地是丙 氨酸或组氨酸且最优选地是组氨酸；且所述的核酸序列还具有编码下列亚 序列组中之一的序列：
(1)亚序列QΔ11S，其中Δ11是非脯氨酸的氨基酸；
(2)亚序列IGGΔ12，其中Δ12是非苏氨酸的氨基酸；
(3)亚序列SWXLΔ13，其中Δ13是非丝氨酸的氨基酸；
(4)亚序列LΔ14Y，其中Δ14是非天冬酰胺的氨基酸；和
(5)亚序列GΔ15XGL，其中Δ15是非酪氨酸的氨基酸；和
(g)所述的核酸序列具有编码氨基酸亚序列TΔ16G的序列，其中Δ16是 非亮氨酸的氨基酸；且所述的核酸序列还具有编码氨基酸亚序列YVΔ17G 的序列，其中Δ17是非丙氨酸的氨基酸；
(h)KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸；
(i)QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸。
17.一种根据权利要求16的核酸分子，其中所述的亚序列编码氨基酸 亚序列TΔ16G，其中Δ16是非亮氨酸的氨基酸、优选地是丝氨酸；且所述的 核酸序列还具有编码氨基酸亚序列YVΔ17G的序列，其中Δ17是非丙氨酸的 氨基酸、优选地是苏氨酸。
18.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：6第88位氨基 酸的位置上出现的精氨酸被另一种氨基酸取代、优选地被亮氨酸取代，其 中所述修饰的protox耐受可抑制天然存在的protox活性的用量的除草 剂。
19.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：6第159位氨基 酸的位置上出现的半胱氨酸被亮氨酸取代。
20.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：6第175位氨基 酸的位置上出现的丙氨酸被另一种氨基酸取代、优选地被缬氨酸或苏氨酸 取代，其中所述修饰的protox耐受可抑制天然存在的protox活性的用 量的除草剂。
21.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：6第337位氨基 酸的位置上出现的亮氨酸被另一种氨基酸取代、优选地被丝氨酸取代，其 中所述修饰的protox耐受可抑制天然存在的protox活性的用量的除草 剂。
22.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：16第428位氨 基酸的位置上出现的酪氨酸被组氨酸或丙氨酸取代、优选地被组氨酸取 代。
23.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：2第220位氨基 酸的位置上出现的丙氨酸被异亮氨酸或酪氨酸取代。
24.一种根据权利要求1的核酸分子，它编码包括植物protox的修饰 的原卟啉原氧化酶(protox)，其中在相当于SEQ ID NO：2第426位氨基 酸的位置上出现的酪氨酸被丙氨酸取代。
25.一种根据权利要求1和8-9中任意一项的核酸分子，它编码包括 植物protox的修饰的原卟啉原氧化酶(protox)，而尤其是一种编码包括 植物protox的修饰的原卟啉原氧化酶(protox)的DNA分子；所述的植物 protox具有第一种氨基酸取代和第二种氨基酸取代；第一种氨基酸取代 具有产生耐protox抑制剂的特性；而第二种氨基酸取代具有提高由第一 种氨基酸取代产生的耐受性的特性；其中所述的植物选自玉米、小麦、大 豆、棉花、甜菜、油菜、稻米、高粱、甘蔗和鼠耳芥属组成的组。
26.一种根据权利要求25的核酸分子，其中第一种氨基酸取代发生在 选自下列一组位置的位置上：
(a)相当于SEQ ID NO：6第88位氨基酸的精氨酸的位置；
(b)相当于SEQ ID NO：6第175位氨基酸的丙氨酸的位置；和
(c)相当于SEQ ID NO：6第337位氨基酸的亮氨酸的位置。
27.特别优选的是一种DNA分子，其中第一种氨基酸取代发生在选自 下列一组位置的位置上：
(a)相当于SEQ ID NO：6第88位氨基酸的精氨酸的位置；
(b)相当于SEQ ID NO：6第164位氨基酸的丙氨酸的位置；
(c)相当于SEQ ID NO：6第165位氨基酸的甘氨酸的位置；
(d)相当于SEQ ID NO：6第370位氨基酸的酪氨酸的位置；
(e)相当于SEQ ID NO：6第159位氨基酸的半胱氨酸的位置；
(f)相当于SEQ ID NO：6第419位氨基酸的异亮氨酸的位置；
(g)相当于SEQ ID NO：10第356位氨基酸的缬氨酸的位置；
(h)相当于SEQ ID NO：10第421位氨基酸的丝氨酸的位置；
(i)相当于SEQ ID NO：10第502位氨基酸的缬氨酸的位置；
(j)相当于SEQ ID NO：10第211位氨基酸的丙氨酸的位置；
(k)相当于SEQ ID NO：10第212位氨基酸的甘氨酸的位置；
(l)相当于SEQ ID NO：10第466位氨基酸的异亮氨酸的位置；
(m)相当于SEQ ID NO：12第369位氨基酸的脯氨酸的位置；
(n)相当于SEQ ID NO：12第226位氨基酸的丙氨酸的位置；
(o)相当于SEQ ID NO：12第432位氨基酸的酪氨酸的位置；
(p)相当于SEQ ID NO：12第517位氨基酸的缬氨酸的位置；
(q)相当于SEQ ID NO：16第428位氨基酸的酪氨酸的位置；
(r)相当于SEQ ID NO：16第365位氨基酸的脯氨酸的位置；
(s)相当于SEQ ID NO：18第449位氨基酸的酪氨酸的位置；
(t)相当于SEQ ID NO：6第175位氨基酸的丙氨酸的位置；和
(u)相当于SEQ ID NO：6第337位氨基酸的亮氨酸的位置； 且
其中第二种氨基酸取代发生在选自下列一组位置的位置上：
(a)相当于SEQ ID NO：2第305位氨基酸的丝氨酸的位置；
(b)相当于SEQ ID NO：2第249位氨基酸的苏氨酸的位置；
(c)相当于SEQ ID NO：2第118位氨基酸的脯氨酸的位置；
(d)相当于SEQ ID NO：2第425位氨基酸的天冬酰胺的位置；和
(e)相当于SEQ ID NO：2第498位氨基酸的酪氨酸的位置。
28.一种根据权利要求27的核酸分子，其中第一种氨基酸取代发生在 选自下列一组位置的位置上：
(a)相当于SEQ ID NO：6第88位氨基酸的精氨酸的位置；
(b)相当于SEQ ID NO：6第175位氨基酸的丙氨酸的位置；和
(c)相当于SEQ ID NO：6第337位氨基酸的亮氨酸的位置； 且
其中第二种氨基酸取代发生在选自下列一组位置组成的组的位置上：
(a)相当于SEQ ID NO：2第305位氨基酸的丝氨酸的位置；
(b)相当于SEQ ID NO：2第249位氨基酸的苏氨酸的位置；
(c)相当于SEQ ID NO：2第118位氨基酸的脯氨酸的位置；
(d)相当于SEQ ID NO：2第425位氨基酸的天冬酰胺的位置；和
(e)相当于SEQ ID NO：2第498位氨基酸的酪氨酸的位置。
29.一种根据权利要求1的核酸分子，其具有双重氨基酸取代，其中一 个氨基酸取代发生在相当于SEQ ID NO：6第347位亮氨酸的位置上；而 其中第二个氨基酸取代发生在相当于SEQ ID NO：6第453位丙氨酸的位 置上。
30.一种根据权利要求29的核酸分子，其具有双重氨基酸取代其中在 相当于SEQ ID NO：6第347位氨基酸位置上出现的亮氨酸被丝氨酸取代； 且其中在相当于SEQ ID NO：6第453位氨基酸位置上出现的丙氨酸被苏 氨酸取代。
31.根据权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子，其中所述的植 物选自鼠耳芥属、玉米、小麦、大豆、棉花、甜菜、油菜、稻米、高粱、 和甘蔗组成的组，优选地是玉米或棉花。
32.一种具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的修饰酶，其中所述的修 饰酶由权利要求1-30中任意一项所述的核苷酸序列编码。
33.一种包括在植物中具有活性的与权利要求1-30中任意一项所述 核酸分子可操作地连接的启动子的嵌合基因。
34.一种包括权利要求33所述的嵌合基因的重组载体。
35.一种包括权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子的植物细胞。
36.一种植物、植物组织、植物细胞或植物种子、包括其子代，它们包 括权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子，其中所述的核酸分子在所 述植物、植物组织、植物细胞或植物种子或其子代中被表达由此对天然存 在的protox活性的抑制剂产生耐受性。
37.一种根据权利要求36的植物、植物组织、植物细胞或植物种子、 包括其子代，其中所述的植物、植物组织、植物细胞或植物种子或其子代 选自鼠耳芥属、甘蔗、大豆、大麦、棉花、烟草、甜菜、油菜、玉米、小 麦、高粱、黑麦、燕麦、泥草和饲用牧草、小米、饲草和稻米组成的组。
38.一种根据权利要求36的植物、植物组织、植物细胞或植物种子、 包括其子代，其中所述的植物、植物组织、植物细胞或植物种子或其子代 选自鼠耳芥属、大豆、棉花、甜菜、油菜、玉米、小麦、高粱、稻米和甘 蔗组成的组。
39.一种植物、植物组织、植物细胞或植物种子、包括其子代，它们包 括权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子，其中所述的植物、植物组 织、植物细胞或植物种子或其子代选自鼠耳芥属、大豆、棉花、甜菜、油 菜、玉米、小麦、高粱、稻米和甘蔗组成的组。
40.一种根据权利要求33的嵌合基因，它包括在植物质体中起作用的 可操作地与权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子连接的启动子。
41.一种根据权利要求40的嵌合基因，其中在植物质体中起作用的所 述启动子是clpP基因启动子。
42.一种包括权利要求1-30中任意一项所述的核酸分子的质体转化 载体。
43.一种包括权利要求42所述的质体转化载体的植物质体。
44.一种植物、植物组织、植物细胞或植物种子、包括其子代，它们包 括权利要求43的植物质体，其中所述的修饰的植物protox酶在所述植 物、植物组织、植物细胞或植物种子中被表达且所述植物、植物组织、植 物细胞或植物种子由此对天然存在的protox活性的抑制剂产生耐受性。
45.一种用于控制不需要的植被生长的方法，该方法包括给含有权利要 求35-39和44中任意一项的植物细胞的植物群体施用有效量的抑制 protox的除草剂的步骤。
46.一种用于控制不需要的植被生长的方法，该方法包括给含有权利要 求43的植物质体的植物群体施用有效量的抑制protox的除草剂的步骤。
47.一种根据权利要求45和46中任意一项的方法，其中所述的抑制 protox的除草剂选自芳基尿嘧啶(aryluracil)、二苯醚、oxidiazole、 二酰亚胺、苯基吡唑、吡啶衍生物、3-取代的-2-芳基-4，5，6，7-四氢吲 唑、吡落草和所述吡落草的O-苯基吡咯烷并-和哌啶子基氨基甲酸酯类似 物。
48.一种根据权利要求47的方法，其中所述的抑制protox的除草剂 是具有通式V、VI、VII、VIIa、VIII、IX、IXa或IXb的二酰亚胺。
49.一种根据权利要求47的方法，其中所述的抑制protox的除草剂 是具有通式XXIIIa或XXIIIb的吡啶基吡唑。
50.一种根据权利要求47的方法，其中所述的抑制protox的除草剂 是具有通式XXIV的苯基吡唑。
51.一种用于选择性抑制含有种植的农作物种子的农作物或植物的田 间中的杂草生长的方法，该方法包括下列步骤：
(a)种植耐除草剂的农作物或农作物种子，它们包括权利要求35-39 和44中任意一项的植物细胞或权利要求43的植物质体；和
(b)给田间的农作物或农作物种子和杂草施用抑制天然存在的protox 活性的用量的抑制protox的除草剂，其中该除草剂抑制杂草生长而不会 显著抑制所述农作物的生长。
52.一种核酸分子，它包括编码具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的 修饰酶的核苷酸序列，其中所述的修饰酶耐受所述酶的天然存在形式的抑 制剂，其中所述的修饰酶包括选自下列一组氨基酸亚序列的至少一种氨基 酸亚序列：
(a)KAΔ18F，其中Δ18是非丙氨酸的氨基酸；
(b)QΔ19H，其中Δ19是非亮氨酸的氨基酸；
(c)APΔ1F，其中Δ1是亮氨酸；
(d)Δ7IG，其中Δ7是组氨酸；
其中编码所述修饰酶的所述核苷酸序列在下列条件下与以SEQ ID NO：1、SEQ ID NO：5、SEQ ID NO：9、EQ ID NO：11、SEQ ID NO：15、SEQ ID NO：17、SEQ ID NO：19、SEQ ID NO：21、SEQ ID NO：23或SEQ ID NO：36 表示的核苷酸序列中的任意一种杂交：
(i)在50℃下的7％十二烷基硫酸钠(SDS)、0.5M NaPO4 pH7.0、 1mM EDTA中杂交；和
(ii)在50℃下的2X SSC、1％SDS中洗涤。
53.根据权利要求52所述的核酸分子，其中编码所述酶的天然存在形 式的核苷酸序列来源于一种植物。
54.一种具有原卟啉原氧化酶(protox)活性的修饰酶，其中所述的修 饰酶由权利要求52所述的核苷酸序列编码。

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