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我國科學家成功解析非轉基因抗除草劑油菜新種質DS3的抗性機制
責任編輯：左彬彬 來源：江蘇省農業科學院 日期：2021-07-02
油菜是我國第一大油料作物,其穩定生產在國家糧油安全戰略中具有重要作用。當前我國油菜生產方式正由傳統的勞動密集型向規模化、機械化生產轉變,化學除草已成為油菜輕簡栽培的重要環節。與此同時,隨著我國經濟快速發展,農村勞動力成本大幅提高,油菜因比較效益低而伴生的生產管理粗放,導致草害日益嚴重,雜草防控難題成為制約我國油菜生產的重要因素之一。化學除草是控制農田雜草經濟有效手段。然而,由于抗除草劑油菜品種的缺乏,造成我國油菜生產化除面積非常有限。因此,創制對特定除草劑具有高度抗性的油菜新種源,選育抗性品種實現化除對推動我國油菜生產發展刻不容緩。
近日,江蘇省農業科學院油菜團隊在The Crop Journal在線發表了題為“Development and molecular analysis of a novel acetohydroxyacid synthase rapeseed mutant with high resistance to sulfonylurea herbicides”的研究論文。課題組對前期獲得的乙酰羥基酸合酶(AHAS)突變的磺酰脲類除草劑抗性油菜種質M342后代進行再次EMS誘變,創制獲得了一個AHAS雙基因位點突變的新種源DS3,其抗性效應為除草劑推薦使用濃度的16倍(圖A,D)。參考擬南芥氨基酸序列,分析發現其中一個突變位點是與M342相同的AHAS3上Trp574Leu氨基酸取代,另一個新突變位點為AHAS1上Pro197Leu氨基酸取代。分離獲得含AHAS1上Pro197Leu突變的材料M196,抗性效應是除草劑推薦使用濃度的2倍,并在擬南芥中進行了抗性轉基因功能驗證(圖1C)。隨后開發出檢測新突變位點的KASP分子標記,在F2代群體中可有效進行抗除草劑基因型鑒定(圖1B)。雙突變位點間表現出較強的協同作用,導致了DS3的高抗除草劑表型(圖1A,E)。對野生型和單突的AHAS1和AHAS3蛋白進行三維結構解析,發現這兩個蛋白的3D構象改變(圖1F-G)可能是引起油菜除草劑毒性響應、AHAS酶活性和基因表達等除草劑抗性變化的原因。
圖1高抗磺酰脲類除草劑油菜新種質DS3的抗性和遺傳分析