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全球首次鉴定出水稻除草剂广谱抗性基因

时间:2019/8/3 10:44:10文章来源:iNature浏览次数: 5612




    2019年7月25日,日本埼玉大学 Yuzuru Tozawa团队在Science在线发表题为“A rice gene that confers broad-spectrum resistance to β-triketone herbicides”的研究论文。
 
 
    水稻是超过35亿人的主食。表征Oryza属的基因组(包括驯养和野生物种)揭示的遗传变异,已经允许鉴定可用于作物育种的基因。大规模农业生产取决于除草剂的杂草控制,但长期使用这些试剂可导致出现抗性杂草。因此,作物育种需要新的除草剂和除草剂抗性基因组合。
 

粳稻BBC抗性基因的鉴定
 
    β-三酮类除草剂(bTHs)是4-羟基苯丙酮酸双加氧酶(HPPD)抑制剂,广泛应用于农业。用于稻田中杂草控制的bTH苯并双环(BBC),对于可以对抗其他类型除草剂(包括磺酰脲)的稻杂草,有明显功效。然而,一些高产水稻品种对BBC敏感,未能鉴定导致BBC敏感性的基因,使未来的水稻育种计划面临风险,因此该研究着手确定使BBC拥有抗性或敏感性的水稻基因。
 

HIS1及其相关蛋白的系统发育分析
 
    在这里,研究人员确定了一种水稻基因HIS1(HPPD抑制剂敏感1),它赋予了水稻对BBC和其他β-三酮类除草剂的抗性。HIS1编码Fe(Ⅱ)/2-氧戊二酸依赖性加氧酶,其通过催化它们的羟基化来解毒β-三酮类除草剂。拟南芥中的基因转化和水稻HIS1突变体证实了HIS1蛋白的这种功能。鉴于HIS1作为单个基因可以解毒多种bTH,其在分子作物育种中的应用将支持除草剂选择的多样性。
 

由HIS1催化的酶反应
 
    另外,该研究还在水稻中鉴定了第二种除草剂抗性基因OsHSL1,并显示强制OsHSL1表达可以使拟南芥对TFT具有抗性。鉴于抗HPPD抑制剂的杂草的传播与抗其他除草剂(例如5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶抑制剂和乙酰乳酸合成酶抑制剂)的杂草相比仍然有限,故将bTH与HIS1或OsHSL1一起应用于农田杂草控制。
 
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