Растения пшеницы с повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам

Растения пшеницы с повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к растениям, обладающим повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам. Более конкретно настоящее изобретение относится к растениям пшеницы, полученным путем мутагенеза, и кроссбридинга, и трансформации, которые обладают повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам.

Предпосылки создания изобретения

Синтаза ацетогидроксикислот (AHAS; КФ 4.1.3.18, ацетолактатасинтаза (ALS)), кодируемая нуклеиновой кислотой Als, представляет собой первый фермент, который катализирует биохимический синтез аминокислот с разветвленными цепями, таких как валин, лейцин и изолейцин (Singh В.К. “Biosynthesis of valine, leucine и isoleucine” в: Plant amino acids, под ред. Singh B.K., изд-во Marcel Dekker Inc. New York, New York, 1999, cc.227-247). AHAS является мишенью действия четырех структурно различных семейств гербицидов, таких как сульфонилмочевины (LaRossa R.А. и Faico S.С., Trends Biotechnol 2, 1984, cc.158-161), имидазолиноны (Shaner и др., Plant Physiol 76, 1984, cc.545-546), триазолопиримидины (Subramanian и Gerwick, Inhibition of acetolactate synthase by triazolopyrimidines в: Biocatalysis in agricultural biotechnology. ACS Symposium Series, под ред. Whitaker J.R., Sonnet P.E., изд-во American Chemical Sodety. Washington, D.C., 1989, cc.277-288) и пиримидилоксибензоаты (Subramanian и др., Plant Physiol 94, 1990, cc.239-244). Гербициды из семейства имидазолинонов и сульфонилмочевин широко используют в современном сельском хозяйстве благодаря их эффективности в очень небольших нормах расхода и относительно низкой токсичности для животных. Путем ингибирования активности AHAS представители этих семейств гербицидов препятствуют дальнейшему росту и развитию чувствительных к ним растений, включая многие виды сорняков. В качестве некоторых примеров поступающих в продажу имидазолиноновых гербицидов можно привести PURSUIT® (имизетапир), SCEPTER® (имазахин) и ARSENAL® (имазапир). Примерами гербицидов из семейства сульфонилмочевин являются хлорсульфурон, метсульфурон-метил, сульфурон-метил, хлоримурон-этил, трифенсульфурон-метил, трибенурон-метил, бенсульфурон-метил, никосульфурон, этаметсульфурон-метил, римсульфурон, трифлусульфурон-метил, триасульфурон, примисульфурон-метил, циносульфурон, амидосульфурон, флузасульфурон, имазосульфурон, пиразосульфурон-этил и галосульфурон.

Благодаря их высокой эффективности и низкой токсичности, имидазолиноновые гербициды являются предпочтительными для опрыскивания верхних частей растений на большой площади их произрастания. Возможность осуществлять гербицидом опрыскивание верхних частей растений на большой площади их произрастания снижает стоимость, связанную с созданием и поддержанием плантаций, и снижает необходимость в подготовке мест произрастания перед обработкой такими химическими средствами защиты растений. Опрыскивание верхних частей требуемых толерантных видов приводит также к возможности достижения максимального потенциального урожая требуемых видов из-за отсутствия видов-конкурентов. Однако возможность применения таких методов опрыскивания верхних частей растения зависит от присутствия толерантных к имидазолинону видов требуемой растительности в области проведения обработок.

Из основных сельскохозяйственных культур некоторые виды бобовых, такие как соя, обладают природной толерантностью к имидазолиноновыми гербицидам благодаря их способности быстро метаболизировать гербициды (Shaner и Robson, Weed Sci. 33, 1985, cc.469-471). Другие культурные растения, такие как кукуруза (Newhouse и др. Plant Physiol. 100, 1992, cc.882-886) и рис (Barrett и др., Crop Safeners for Herbicides, изд-во Academic Press, New York, 1989, cc.195-220), чувствительны к действию имидазолиноновых гербицидов. Различный уровень чувствительности к имидазолиноновым гербицидам зависит от химической природы конкретного гербицида и различного метаболизма конкретного соединения в каждом растении, приводящего к превращению токсичной формы в нетоксичную (Shaner и др., Plant Physiol. 76, 1984, cc.545-546; Brown и др., Pestic. Biochm. Physiol, 27, 1987, cc.24-29). Чувствительность зависит также в большей степени от других физиологических различий растений, таких как абсорбция и транслокация (Shaner и Robson, Weed Sci. 33, 1985, cc.469-471).

Сорта культурных растений, обладающие толерантностью к имидазолинонам, сульфонилмочевинам и триазолопиримидинам, были успешно получены с использованием мутагенеза семени, микроспоры, пыльцы и каллюса таких растений, как Zea mays, Brassica napus, Glycine max и Nicotiana tabacum (Sebastian и др., Crop Sci 29, 1989, cc.1403-1408; Swanson и др., Theor. Appl. Genet 78, 1989, cc.525-530; Newhouse и др., Theor. Appl. Genet 83, 1991, cc.65-70; Sathasivan и др., Plant Physiol. 97, 1991, cc.1044-1050; Mourand и др., J. Heredity 84, 1993, cc.91-96). Во всех случаях толерантность была обусловлена индивидуальным частично доминантным ядерным геном. Ранее с помощью мутагенеза семян были получены также толерантные к имидазолинонам четыре линии растений пшеницы Triticum aestivum L. cv Rdel (Newhouse и др., Plant Physiol. 100, 1992, cc.882-886). Опыты по оценке особенностей наследования подтвердили, что толерантность обусловлена индивидуальным частично доминантным геном. Основываясь на изучении аллелей, авторы сделали заключение о том, что мутации в четырех идентифицированных линиях локализованы в одном и том же локусе. Один из генов, обусловливающих толерантность культивара Fidel, был обозначен как FS-4 (Newhouse и др., Plant Physiol. 100, 1992, cc.882-886).

Компьютерное моделирование трехмерной конформации комплекса AHAS-ингибитор позволило предсказать несколько аминокислот в предполагаемом связывающимся с ингибитором “кармане” в качестве сайтов, в которых индуцированные мутации, по-видимому, обусловливали избирательную толерантность к имидазолинонам (Ott и др., J. Mol. Biol. 263, 1996, cc.359-368). Действительно растения табака, полученные с использованием некоторых таких преднамеренно созданных мутаций в предполагаемых сайтах связывания фермента AHAS, обладали специфической толерантностью к одному классу гербицидов (Ott и др., J. Mol. Biol. 263, 1996, cc.359-368).

Толерантность растений к имидазолиноновым гербицидам описана также во многих патентах. В US 4761373, 5331107, 5304732, 6211438, 6211439 и 6222100 описано в целом применение измененных нуклеиновых кислот Als для создания толерантности к гербицидам у растений и, в частности, описаны толерантные к некоторым имидазолинонам линии кукурузы.

В US 5013659 описаны растения, имеющие обусловливающие толерантность к гербицидам мутации, которые затрагивают по меньшей мере одну аминокислоту в одной или нескольких консервативных областях. Описанные мутации кодируют либо перекрестную толерантность к имидазолинонами и сульфонилмочевинам, либо специфическую толерантность к сульфонилмочевинам, однако специфическая толерантность к имидазолинонам к настоящему времени не описана. Кроме того, в US 5731180 и US 5767361 описан выделенный ген, кодирующий одну аминокислотную замену в аминокислотной последовательности AHAS дикого типа однодольных растений, которая обусловливает специфическую толерантность к имидазолинонам.

В известном к настоящему времени уровне техники не описаны толерантные к имидазолинонам растения пшеницы Triticum turgidum или толерантные к имидазолинонам растения тритикале. К настоящему времени не описаны также толерантные к имидазолинонам растения, содержащие по меньшей мере одну измененную нуклеиновую кислоту Als Triticum turgidum. He описаны также толерантные к имидазолинонам растения пшеницы, несущие мутации в геномах, отличных от генома, из которого выведен ген FS-4. Таким образом, в данной области техники сохраняется необходимость в идентификации генов, обусловливающих толерантность к имидазолинонам, из других геномов и видов. В данной области техники существует также необходимость в создании растений пшеницы и растений тритикале, обладающих повышенной толерантностью к гербицидам, таким как имидазолинон, и содержащим по меньшей мере одну измененную нуклеиновую кислоту Als. Требуются также методы борьбы с сорняками, произрастающими вблизи таких растений пшеницы или растений тритикале. Эти композиции и способы должны позволять осуществлять опрыскивание верхних частей растений в качестве метода применения гербицидов в местах произрастания растений пшеницы или растений тритикале.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предложены растения пшеницы, несущие нуклеиновые кислоты IMI, где растение пшеницы обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растения дикого типа. Растения пшеницы могут содержать один, два, три или большее количество IMI-аллелей. Согласно одному варианту осуществления изобретения растение пшеницы содержит по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI. Согласно другому варианту осуществления изобретения нуклеиновую кислоту IMI выбирают из группы, включающей нуклеиновую кислоту Imi 1, нуклеиновую кислоту Imi 2 и нуклеиновую кислоту Imi 3. Согласно следующему варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна нуклеиновая кислота IMI представляет собой нуклеиновую кислоту IMI Triticum turgidum. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна нуклеиновая кислота IMI представляет собой нуклеиновую кислоту IMI подвидов дурум (пшеница твердая, пшеница класса II по стандартам США). Согласно другому варианту осуществления изобретения растение пшеницы содержит несколько нуклеиновых кислот IMI, локализованных в различных геномах. Согласно следующему варианту осуществления изобретения несколько нуклеиновых кислот IMI содержат нуклеиновую кислоту Imi 2 Triticum turgidum и нуклеиновую кислоту Imi 3 Triticum turgidum. Согласно другому варианту осуществления изобретения несколько нуклеиновых кислот IMI содержат нуклеиновую кислоту Imi 2 подвидов дурум и нуклеиновую кислоту Imi 3 подвидов дурум. Предпочтительно нуклеиновые кислоты IMI кодируют белки, содержащие мутацию в консервативной аминокислотной последовательности, выбранной из группы, включающей домен А, домен В, домен С, домен D и домен Е. Более предпочтительно мутация находится в консервативном домене Е. Изобретение относится также к частям растений и семенам растений, полученным из представленных в описании растений пшеницы.

Настоящее изобретение относится также к растениям тритикале, содержащим нуклеиновые кислоты IMI, где растения тритикале обладают повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растений тритикале дикого типа. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения растение тритикале содержит по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI. Согласно другому варианту осуществления изобретения по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI выбирают из группы, включающей нуклеиновую кислоту Imi 1, нуклеиновую кислоту Imi 2 и нуклеиновую кислоту Imi 3. Согласно следующему варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна нуклеиновая кислота IMI представляет собой нуклеиновую кислоту IMI Triticum turgidum. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна нуклеиновая кислота IMI представляет собой нуклеиновую кислоту IMI подвидов дурум. Согласно другому варианту осуществления изобретения растение тритикале содержит несколько нуклеиновых кислот IMI, локализованных в различных геномах. Согласно следующему варианту осуществления изобретения несколько нуклеиновых кислот IMI содержат нуклеиновую кислоту Imi 2 Triticum turgidum и нуклеиновую кислоту Imi 3 Triticum turgidum. Согласно другому варианту осуществления изобретения несколько нуклеиновых кислот IMI содержат нуклеиновую кислоту Imi 2 подвидов дурум и нуклеиновую кислоту Imi 3 подвидов дурум. Согласно следующему варианту осуществления изобретения нуклеиновые кислоты IMI кодируют белки, содержащие мутацию в консервативной аминокислотной последовательности, выбранной из группы, включающей домен А, домен В, домен С, домен D и домен Е. Изобретение относится также к частям растений и семенам растений, полученным из представленных в описании растений тритикале.

Нуклеиновые кислоты IMI, предлагаемые в настоящем изобретении, могут содержать нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей: полинуклеотид, который имеет последовательность SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5. или SEQ ID NO:23; полинуклеотид, который кодирует полипептид, имеющий последовательность SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:6 или SEQ ID NO:24; полинуклеотид, содержащий по меньшей мере 60 последовательных нуклеотидов любого из указанных выше полинуклеотидов; и полинуклеотид, комплементарный любому из указанных выше полинуклеотидов.

Растения, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть трансгенными или нетрансгенными. Примеры нетрансгенных растений пшеницы, обладающих повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам, включают растения пшеницы, которые депонированы в АТСС (Американская коллекция типовых культур) под регистрационным номером для цели патентования РТА-4910, РТА-4911, РТА-4912, РТА-4913, РТА-4914, РТА-4915, РТА-4916, РТА-4917, РТА-4918, РТА-4919, РТА-4920, РТА-4921, РТА-4922, РТА-4923 или РТА-4960; или мутант, рекомбинант или созданное с помощью генной инженерии производное растения, депонированного в АТСС под регистрационным номером для цели патентования РТА-4910, РТА-4911, РТА-4912, РТА-4913, РТА-4914, РТА-4915, РТА-4916, РТА-4917, РТА-4918, РТА-4919, РТА-4920, РТА-4921, РТА-4922, РТА-4923 или РТА-4960; или любое потомство растения, депонированного в АТСС под регистрационным номером для цели патентования РТА-4910, РТА-4911, РТА-4912, РТА-4913, РТА-4914, РТА-4915, РТА-4916, РТА-4917, РТА-4918, РТА-4919, РТА-4920, РТА-4921, РТА-4922, РТА-4923 или РТА-4960; или растение, являющееся потомком любого из указанных растений.

Помимо композиций, предлагаемых в настоящем изобретении, в изобретении предложено также несколько способов. Предлагаемые в изобретении способы относятся к способам модификации толерантности растений к имидазолиноновым гербицидам, которые заключаются в том, что модифицируют экспрессию нуклеиновой кислоты IMI в растении. Описаны также способы получения трансгенного растения, обладающего повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду, которые заключаются в том, что трансформируют растительную клетку экспрессионным вектором, содержащим одну или несколько нуклеиновых кислот IMI, и получают растение из растительной клетки. Изобретение относится также к способу борьбы с сорняками вблизи растения, заключающемуся в том, что имидазолиноновый гербицид наносят на сорняки и на растение, где растение обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с популяцией растений дикого типа и где растение содержит одну или несколько нуклеиновых кислот IMI. В некоторых предпочтительных вариантах этих способов растения содержат несколько нуклеиновых кислот IMI, локализованных в различных геномах пшеницы.

Краткое описание чертежей

На чертежах показано:

на фиг.1 - сравнительный анализ последовательности ДНК гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Cicco (SEQ ID NO:11), гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Colosseo (SEQ ID NO:14), гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Utopia (SEQ ID NO:16) и консенсусной последовательности гена Als 2 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:19). Среди сортов не обнаружено полиморфизма;

на фиг.2 - сравнительный анализ последовательности ДНК гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Ciccio (SEQ ID NO:13), гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Colosseo (SEQ ID NO:15), гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Utopia (SEQ ID NO:17) и консенсусной последовательности гена Als 3 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:21). Среди сортов не обнаружено полиморфизма;

на фиг.3 - сравнительный анализ последовательности ДНК гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК пшеницы подвида дурум сорта Cicco (SEQ ID NO:11), гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии СI19 (SEQ ID NO:1), гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии UT15 (SEQ ID NO:7), гена Als 2, амплифицированного из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии UT19 (SEQ ID NO:9) и консенсусной последовательности гена Als 2 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:19). Выявленный нуклеотидный полиморфизм, обусловливающий толерантность к имидазолинону линии СI19, обозначен жирным шрифтом;

на фиг.4 - сравнительный анализ выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 2 из сорта Cicco (SEQ ID NO:12), выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 2 из толерантной к имидазолинону линии СI19 (SEQ ID NO:2), выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 2 из толерантной к имидазолинону линии UT15 (SEQ ID NO:8), выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 2 из толерантной к имидазолинону линии UT19 (SEQ ID NO:10) и консенсусной последовательности Als 2 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:20). Полиморфизм, обусловливающий толерантность к имидазолинону линии СI19, обозначен жирным шрифтом;

на фиг.5 - сравнительный анализ последовательности ДНК гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК сорта Utopia (SEQ ID NO:17), частичной полинуклеотидной последовательности Als 3, амплифицированной из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии UT12 (SEQ ID NO:3), гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии UT15 (SEQ ID NO:5), гена Als 3, амплифицированного из геномной ДНК толерантной к имидазолинону линии UT19 (SEQ ID NO:23), и консенсусной последовательности гена Als 3 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:21). Нуклеотидные полиморфизмы, обусловливающие толерантность линий к имидазолинону, обозначены жирным шрифтом;

на фиг.6 - сравнительный анализ выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 3 из сорта Utopia (SEQ ID NO:18), выведенной аминокислотной последовательности полипептида, кодируемого частичной полинуклеотидной последовательностью Als 3 из толерантной к имидазолинону линии UT12 (SEQ ID NO:4), выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 3 из толерантной к имидазолинону линии UT15 (SEQ ID NO:6), выведенной аминокислотной последовательности белка, кодируемого геном Als 3 из толерантной к имидазолинону линии UT19 (SEQ ID NO:24) и консенсусной последовательности Als 3 пшеницы подвида дурум (SEQ ID NO:22). Нуклеотидный полиморфизм, обусловливающий толерантность линии UT12 к имидазолинону, обозначен жирным шрифтом;

на фиг.7 - схематическое изображение консервативных аминокислотных последовательностей, кодируемых генами AHAS, которые участвуют в придании толерантности к различным ингибиторам AHAS. Специфические аминокислотные сайты, ответственные за толерантность, подчеркнуты (использованы с изменениями данные, полученные Devine M.D. и Eberiein С.V. “Physiological, biochemical и molecular aspects of herbicide tolerance based on altered target sites” в: Herbicid Activity: Toxicity, Biochemistry, and Molecular Biology, изд-во IOS Press, Амстердам, 1997, cc.159-185).

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к растениям пшеницы, частям растений пшеницы и клеткам растений пшеницы, обладающим повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам. Под объем настоящего изобретения подпадают также семена, полученные на указанных растениях пшеницы, и способы борьбы с сорняками вблизи растений пшеницы, указанных в описании. Следует понимать, что в описании и формуле изобретения применение существительного в единственном числе может подразумевать также его применение во множественном числе, в зависимости от контекста, в котором оно используется. Например, при ссылке на “клетку” следует понимать, что можно использовать по меньшей мере одну клетку.

В контексте настоящего описания понятие “растение пшеницы” относится к растению, которое является представителем рода Triticum. Растения пшеницы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть представителями рода Triticum, который включает (но не ограничиваясь ими), Т. aestivum, Т. turgidum, Т. timopheevii, Т. monococcum, Т. zhukovskyi и Т. urartu, а также их гибриды. Примерами подвидов Т.aestivum, подпадающими под объем настоящего изобретения, являются aestivum (пшеница обыкновенная), compactum (пшеница карликовая), macha (пшеница Маха), vavilovi (пшеница Вавилова), spelta (пшеница спельта) и sphaecrococcum (пшеница короткая). Примерами подвидов Т. turgidum, подпадающими под объем настоящего изобретения, являются turgidum, carthlicum, dicoccom, durum, paleocolchicum, polonicum, turanicum и dicoccoides. Примерами подвидов Т. monococcum subspedes, подпадающими под объем настоящего изобретения, являются monococcum (полба, пшеница однозернянка) и aegilopoides. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения растение пшеницы является представителем подвидов Triticum turgidum и, прежде всего, представителем подвидов дурум, например представителей культиваров Ciccio, Colosseo или Utopia.

Под понятие “растение пшеницы” подпадают растения пшеницы на любой фазе созревания или развития, а также любые ткани или органы (части растения), взятые или выведенные из такого растения, если иное не следует из контекста. Части растения включают (но не ограничиваясь ими) стебли, корни, цветки, семяпочки, тычинки, листья, зародыши, области меристемы, ткань каллюса, культуры пыльника, гаметофиты, спорофиты, пыльцу, микроспоры, протопласты и т.п. Под объем настоящего изобретения подпадают также семена, образовавшиеся на растениях пшеницы, предлагаемых в настоящем изобретении. В одном из объектов изобретения семена используют для размножения в чистоте (разведение гомозигот) для получения повышенной толерантности к имидазолиноновому гербициду по сравнению с семенами сорта растения пшеницы дикого типа.

Настоящее изобретение относится также к растениями тритикале, частям растений тритикале и клеткам растений тритикале, обладающим повышенной толерантностью к имидазолиноновым гербицидам. В контексте настоящего описания понятие “растение тритикале” относится к растению, созданному путем скрещивания растения ржи (Secale cereale) либо с тетраплоидным растением пшеницы (например, Triticum turgidum), либо с гексаплоидным растением пшеницы (например, Triticum aestivum). Под объем настоящего изобретения подпадают также семена, образовавшиеся на указанных в настоящем описании растениях тритикале, и способы борьбы с сорняками вблизи указанных растений тритикале.

В настоящем изобретении описано растение пшеницы, содержащее по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI, где растение пшеницы обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом этого растения дикого типа. Растения пшеницы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут иметь несколько нуклеиновых кислот IMI из различных геномов, поскольку эти растения могут нести более одного генома. Например, растение пшеницы Triticum turgidum несет два генома, которые обычно обозначают как геномы А и Б. Поскольку AHAS представляет собой необходимый для метаболизма фермент, можно предположить, что каждый геном имеет по меньшей мере один ген, кодирующий фермент AHAS (т.е. по меньшей мере один ген Als), как правило, в сочетании с другими метаболическими ферментами, которые приведены на известных генетических картах тетраплоидной пшеницы. В контексте настоящего описания понятие “локус гена Als” относится к положению гена Als в геноме, а понятия “ген Als” и “нуклеиновая кислота Als” относятся к нуклеиновой кислоте, кодирующей фермент AHAS. Нуклеиновая кислота Als в каждом геноме отличается по нуклеотидной последовательности от нуклеиновой кислоты Als в другом геноме. Специалист в данной области может определить исходный геном каждой нуклеиновой кислоты Als с использованием методов генетического скрещивания и/или секвенирования или путем расщепления экзонуклеазой, эти методы хорошо известны специалисту в данной области. В контексте настоящего описания понятия “нуклеиновая кислота Als 1”, “нуклеиновая кислота Als 2” и “нуклеиновая кислота Als 3” относятся к нуклеиновым кислотам Als, локализованным в трех различных геномах. В контексте настоящего описания подразумевается, что локус гена Als 3 локализован в геноме А, а локус гена Als 2 локализован в геноме Б. В контексте настоящего описания подразумевается также, что нуклеиновые кислоты IMI, полученные из генома А или Б, являются различными и их обозначают как нуклеиновые кислоты Imi 3 или Imi 2 соответственно.

В контексте настоящего описания понятие “нуклеиновая кислота IMI” относится к нуклеиновой кислоте Als, которая имеет последовательность, несущую мутацию по сравнению с нуклеиновой кислотой Als дикого типа, которая придает повышенную толерантность к имидазолинону растению, в котором происходит ее экспрессия. В контексте настоящего описания понятие “нуклеиновая кислота Imi 1”, “нуклеиновая кислота Imi 2” и “нуклеиновая кислота Imi 3” относится к нуклеиновым кислотам IMI, которые обозначают обусловливающие толерантность к имидазолинону аллели генов Als 1, Als 2 и Als 3 соответственно. Поскольку растения пшеницы имеют по 2 копии каждого генома, то растения пшеницы несут по две копии каждой конкретной нуклеиновой кислоты Als. Например, растение пшеницы Triticum turgidum несет по две копии геномов А и Б и следовательно по две копии каждого из генов Als 3 и Als 2. В контексте настоящего описания понятие “аллель IMI” относится к одной копии конкретной нуклеиновой кислоты IMI. Таким образом, в контексте настоящего описания подразумевается, что растение пшеницы может иметь две копии аллелей Imi 2, по одной из каждой двух копий генома Б.

Согласно другому варианту осуществления изобретения растение пшеницы содержит несколько нуклеиновых кислот IMI. В контексте настоящего описания при ссылке на растение, которое содержит “несколько нуклеиновых кислот IMI”, фраза “несколько нуклеиновых кислот IMI” обозначает присутствие различных нуклеиновых кислот IMI в растении и не зависит от того, является ли растение гомозиготным или гетерозиготным, в частности по локусу Als. Например, растение, содержащее несколько нуклеиновых кислот IMI, может содержать нуклеиновую кислоту Imi 2 и Imi 3 в отличие от растения, которое несет две копии нуклеиновой кислоты Imi 2.

Класс нуклеиновых кислот Imi 2 включает нуклеиновую кислоту Imi 2 из описанных ниже линий CI19, UT01, UT03, UT05, UT07, UT08, UT10, UT13, UT14, UT16, UT17 и UT20. Класс нуклеиновых кислот Imi 3 включает нуклеиновые кислоты Imi 3 из описанных ниже линий UT12, UT15 и UT19. Каждый класс Imi может включать представителей, полученных из различных видов пшеницы. Таким образом, каждый класс Imi включает нуклеиновые кислоты IMI, которые отличаются по нуклеотидной последовательности, но для которых тем не менее установлено с использованием анализов наследования, известных обычным специалистам в данной области, что они получены из одного и того же генома пшеницы или локализованы в одном и том же геноме.

Таким образом, под объем настоящего изобретения подпадает растение пшеницы, которое содержит по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI, где растение пшеницы обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растения дикого типа и где по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI выбирают из группы, включающей нуклеиновую кислоту Imi 1, нуклеиновую кислоту Imi 2 и нуклеиновую кислоту Imi 3. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения растение содержит как нуклеиновую кислоту Imi 2, так и нуклеиновую кислоту Imi 3. В предпочтительном варианте осуществления изобретения нуклеиновая кислота Imi 2 имеет полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:1. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения нуклеиновая кислота Imi 3 имеет полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23.

Под объем настоящего изобретения подпадает толерантное к имидазолинону растение тритикале. В контексте настоящего описания понятие “растение тритикале” относится к растению, созданному путем скрещивания растения ржи (Secale cereale) либо с тетраплоидным растением пшеницы (например, Triticum turgidum), либо с гексаплоидным растением пшеницы (например, Triticum aestivum). В контексте настоящего описания подразумевается, что толерантное к имидазолинону растение тритикале содержит по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI, где растение тритикале обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растения дикого типа и где по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту IMI выбирают из группы, включающей нуклеиновую кислоту Imi 1, нуклеиновую кислоту Imi 2 и нуклеиновую кислоту Imi 3. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения растение содержит как нуклеиновую кислоту Imi 2, так и нуклеиновую кислоту Imi 3. В предпочтительном варианте осуществления изобретения нуклеиновая кислота Imi 2 имеет полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:1. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения нуклеиновая кислота Imi 3 имеет полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23.

В контексте настоящего описания касательно нуклеиновых кислот понятие “из” относится к нуклеиновой кислоте “локализованной” в конкретном геноме или “выведенной” из конкретного генома. Понятие “локализована в” относится к нуклеиновой кислоте, входящей в конкретный геном. В контексте настоящего описания понятие “выведена из” относится к нуклеиновой кислоте, которая была удалена или выделена из генома. Понятие “выделена” более подробно будет описано ниже.

Под объем настоящего изобретения подпадают растения пшеницы, несущие 1, 2 или 3 аллеля IMI, где растение пшеницы обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растения дикого типа. Аллели IMI могут содержать нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей полинуклеотид, указанный в SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23; полинуклеотид, кодирующий полипептид, который имеет последовательность SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:6 или SEQ ID NO:24; полинуклеотид, содержащий по меньшей мере 60 последовательных нуклеотидов любого из вышеуказанных полинуклеотидов; и полинуклеотид, комплементарный любому из вышеуказанных полинуклеотидов. Под объем настоящего изобретения подпадают растения тритикале, несущие 1, 2 или 3 аллеля IMI, где растение тритикале обладает повышенной толерантностью к имидазолиноновому гербициду по сравнению с сортом растения дикого типа. Аллели IMI могут содержать нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей полинуклеотид, указанный в SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23; полинуклеотид, кодирующий полипептид, который имеет последовательность SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:6 или SEQ ID NO:24; полинуклеотид, содержащий по меньшей мере 60 последовательных нуклеотидов любого из вышеуказанных полинуклеотидов; и полинуклеотид, комплементарный любому из вышеуказанных полинуклеотидов.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения растение пшеницы или растение тритикале содержит две различные нуклеиновые кислоты IMI, где нуклеиновые кислоты выведены или локализованы в различных геномах пшеницы. Предпочтительно две нуклеиновые кислоты представляют собой нуклеиновую кислоту Imi 2 и нуклеиновую кислоту Imi 3. Более предпочтительно нуклеиновая кислота Imi 2 содержит полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:1, а нуклеиновая кислота Imi 3 содержит полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23. В другом варианте осуществления растение пшеницы или растение тритикале содержит нуклеиновую кислоту IMI, где нуклеиновая кислота имеет полинуклеотидную последовательность SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения растение пшеницы содержит более двух нуклеиновых кислот IMI, где каждая нуклеиновая кислота IMI выведена из различных геномов. Предпочтительно по меньшей мере одна из нуклеиновых кислот IMI содержит полинуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5 или SEQ ID NO:23.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выделенная нуклеиновая кислота IMI кодирует аминокислотную последовательность, несущую мутацию в домене, который является консервативным для нескольких белков AHAS. Эти консервативные домены обозначены в контексте настоящего описания как домен А, домен В, домен С, домен D и домен Е. На фиг.7 показана общая локализация каждого домена в белке AHAS. Домен А содержит аминокислотную последовательность AITGQVPRRMIGT (SEQ ID NO:25). Домен В содержит аминокислотную последовательность QWED (SEQ ID NO:26). Домен С содержит аминокислотную последовательность VFAYPGGASMEIHQALTRS (SEQ ID NO:27). Домен D содержит аминокислотную последовательность AFQETP (SEQ ID NO:28). Домен Е содержит аминокислотную последовательность IPSGG (SEQ ID NO:29). В настоящем изобретении подразумевается также, что в консервативных доменах могут быть сделаны небольшие вариации, например, в растениях дурнушника остаток серина в домене заменен остатком аланина.

Таким образом, настоящее изобретение относится к растению пшеницы, несущему нуклеиновую кислоту IMI, которая кодирует аминокислотную последовательность, имеющую мутацию в консервативном домене, выбранном из группы, включающей домен А, домен В, домен С, домен D и домен Е. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения растение пшеницы содержит нуклеиновую кислоту IMI, которая кодирует аминокислотную последовательность, имеющую мутацию в домене Е. Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения мутации в консервативных доменах затрагивают положения, которые обозначены путем подчеркивания: AITGQVPRRMIGT (SEQ ID NO:25); QVVED (SEQ ID NO:26); VFAYPGGASMEIHQALTRS (SEQ ID NO:27); AFQETP (SEQ ID NO:28) и IPSGG (SEQ ID NO:29). Одной из предпочтительных замен является замена аспарагина на серин в домене Е.

Имидазолиноновые гербициды можно выбирать из группы, включающей (но не ограничиваясь ими) PURSUIT® (имизетапир), CADRE® (имазапик), RAPTOR® (имазамокс), SCEPTER® (имазахин), ASSERT® (имазетабенз), ARSENAL® (имазапир), производное любого из вышеуказанных гербицидов или смесь двух или большего количества вышеуказанных гербицидов, например, имазапир/имазамокс (ODYSSEY®). Более предпочтительно имидазолиноновый гербицид может быть выбран из группы, включающей (но не ограничиваясь ими) 2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)никотиновую кислоту, 2-(4-изопропил)-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-3-хинолинкарбоновую кислоту, 5-этил-2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)никотиновую кислоту, 2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-5-(метоксиметил)никотиновую кислоту, 2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-5-метилникотиновую кислоту и смесь метил-6-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-м-толуата и метил-2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-n-толуата. Предпочтительным является применение 5-этил-2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)никотиновой кислоты и 2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-5-(метоксиметил)никотиновой кислоты. Особенно предпочтительным является применение 2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)-5-(метоксиметил)никотиновой кислоты.

Растения пшеницы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут представлять собой либо трансгенные растения пшеницы, либо нетрансгенные растения пшеницы. Аналогично этому растения тритикале, предлагаемые в настоящем изобретении, могут представлять собой либо трансгенные растения тритикале, либо нетрансгенные растения тритикале. В контексте настоящего описания понятие “трансгенный” относится к любому растению, растительной клетке, каллюсу, растительной ткани или части растения, которые содержат весь рекомбинантный полинуклеотид или по меньшей мере его часть. Во многих случаях весь рекомбинантный полинуклеотид или его часть стабильно интегрированы в хромосому или представляют собой стабильный внехромосомный элемент, вследствие чего он переносится в следующие поколения. В контексте настоящего описания понятие “рекомбинантный полинуклеотид” относится к полинуклеотиду, который был изменен, перегруппирован или модифицирован с помощью генной инженерии. Примерами являются любые клонированные полинуклеотиды или полинуклеотиды, которые связаны или сочленены с гетерологичными последовательностями. Понятие “рекомбинантный” не относится к изменениям полинуклеотидов, которые являются результатом встречающихся в естественных условиях событий, таких как спонтанные мутации, или результатом неспонтанного мутагенеза с последующей избирательной селекцией. Растения, содержащие мутации, возникшие в результате неспонтанного мутагенеза и избирательной селекции, обозначены в контексте настоящего описания как нетрансгенные растения, и они подпадают под объем настоящего изобретения. В тех вариантах осуществления изобретения, в которых растение пшеницы является трансгенным и содержит несколько нуклеиновых кислот IMI, нуклеиновые кислоты могут быть получены из различных геномов или из одного и того же генома. В альтернативных вариантах ос