The Crop Journal | 唐晓艳和邓兴旺团队鉴定出水稻ALS抑制剂类除草剂广谱高抗新位点...

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杂草稻（weedy rice）是水稻直播区域最难防治的杂草之一，严重影响水稻的产量和质量。由于杂草稻与栽培稻在亲缘关系和生理特性上过于相近，没有除草剂可以有效控制水稻田中的杂草稻。而通过改变水稻基因，赋予水稻对除草剂的抗性，可以使用除草剂杀死杂草稻而不危害栽培水稻。目前在水稻生产上应用最为广泛的是巴斯夫公司的抗除草剂水稻Clearfield，该类水稻在乙酰乳酸合成酶基因（acetolactate synthase，ALS）上发生了S₆₂₇N突变，使水稻产生了对咪唑啉酮类除草剂的抗性。然而，S₆₂₇N突变位点对咪唑啉酮类除草剂的抗性水平较低，并且对ALS抑制剂类的其他类型除草剂也不具备抗性，大大限制了这一技术在大田生产上的应用。

近日，华南师范大学唐晓艳团队与邓兴旺院士深圳市作物分子设计育种研究院团队合作，在The Crop Journal在线发表了题为“Trp548Met mutation of acetolactate synthase in rice confers resistance to a broad spectrum of ALS-inhibiting herbicides”的研究论文。作者通过化学诱变，获得了一个新的抗ALS抑制剂类除草剂的水稻突变体，在ALS基因上发生了W₅₄₈M的新突变。相比S₆₂₇N突变，W₅₄₈M突变对所有ALS类除草剂都具有抗性，而且对咪唑啉酮类除草剂的抗性水平大幅提升。

研究者通过EMS诱变，筛选获得了一系列抗咪唑啉酮类除草剂甲咪唑烟酸的水稻突变体材料，基因分析表明所有突变体都在ALS基因上发生突变，其中一个突变体在其1642和1643位点由TG突变为AT，导致第548位氨基酸由色氨酸变成甲硫氨酸，这是在ALS基因上首次发现的突变类型。研究者进一步将W₅₄₈M突变体与S₆₂₇N突变体进行比较，发现W₅₄₈M突变体对咪唑啉酮类除草剂的抗性水平比S₆₂₇N突变体提高了10~15倍，并且W₅₄₈M突变体对其它所有ALS类除草剂均表现出高度抗性，而对水稻生长发育和农艺性状没有任何不良影响。将W₅₄₈M位点转育到不同的水稻品种，可使这些品种都获得对ALS抑制剂类除草剂的高度抗性。研究者利用W₅₄₈M突变在中国多个地区开展了杂草稻防除试验示范，均取得了良好的效果。该突变体在生产应用安全性方面优势明显，并在杂交水稻制种除杂、杂交水稻混播制种等多个方面具有较强的应用潜力。

图1 导入W₅₄₈M位点的水稻品种均表现出除草剂抗性

A. 未施用除草剂；B. 施用除草剂20天以后。左侧材料含W₅₄₈M位点，右侧材料不含W₅₄₈M位点。

作者和基金项目

华南师范大学博士后陈雷为第一作者，唐晓艳和邓兴旺为共同通信作者。该文得到广东省重大基础和应用研究专项（2019B030302006）、国家自然科学基金项目（U1901203，31901532）、广东省自然科学基金项目（2018B030308008，2018A0303130270）、深圳市科技创新委（JCYJ20180507181837997）和中国博士后科学基金项目（2018M633069，2019M652920）的共同资助。华南师范大学唐晓艳团队与邓兴旺院士深圳市作物分子设计育种研究院团队长期在水稻分子设计育种领域开展合作研发，在非转基因抗除草剂水稻和第三代杂交水稻育种技术等方面取得了一系列重要进展。

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THE CROP JOURNAL

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The Crop Journal (《作物学报（英文版）》)是中国科协主管，中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊，创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果，开展国际学术交流，促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学、农业气象等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2019年The Crop Journal的SCI影响因子为3.395，在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区，并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助。