突破！全球首次鉴定出水稻除草剂广谱抗性基因！

日期:08-10-2022

世界农化网中文网报道： 

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。开发用于稻田中杂草控制的bTH苯并双环（BBC）显示出对抗其他类型除草剂（包括磺酰脲）的稻杂草的功效。然而，一些高产水稻品种对BBC敏感，现未能鉴定导致BBC敏感性的基因，使未来的水稻育种计划面临风险。

Science 在线发表来自日本埼玉大学 Yuzuru Tozawa团队题为″A rice gene that confers broad-spectrum resistance to β-triketone herbicides″的研究论文，该研究鉴定了水稻基因HIS1（HPPD抑制剂敏感1）基因，其赋予水稻对BBC和其他β-三酮类除草剂的抗性。研究发现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。

另外，该研究还在水稻中鉴定了第二种除草剂抗性基因OsHSL1（HIS1-like），并显示持续OsHSL1表达使拟南芥对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的杂草相比仍然有限，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，将bTH与HIS1或OsHSL1一起应用适用于农田杂草控制。

   

有机化学除草剂的发现和大规模地应用，是20世纪发生的农业绿色革命最重要的标志之一，极大地改变了农业劳动生产方式，促进了农业的现代化，为保障全球粮食生产安全作出了巨大贡献。迄今，全 球已经发展出 30 余个大类、20多个作用靶标、约400～500个化学除草剂品种的杂草化学防除产品技术体系。但随着社会文明的进步和公众健康意识的提高，广泛、长期、大量使用化学除草剂所带来的负面影响 亦日益显现，倍受全球关注。一方面，大量化学除草剂的施用带来了环境污染。另一方面，过度依赖和长期大量使用单一除草剂，导致了杂草抗药性的产 和发展。据最新统计，全球已发现 244 种（142 种双子叶，102 种单子叶）杂草的 447 个生物型对 22 类 作用位点的 156 种化学除草剂产生了抗药性。因此，研制广谱、高效、低毒新型绿色除草剂特别是发展生物除草剂显得十分迫切！

图1，抗各种除草剂的物种数量统计（2009年）

  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。 开发用于稻田中杂草控制的bTH苯并双环（BBC）显示出对抗其他类型除草剂（包括磺酰脲）的稻杂草的功效。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。因此该研究着手鉴定决定BBC抗性或敏感性的水稻基因。

该研究人员确定了一种水稻基因HIS1（HPPD抑制剂敏感1），它赋予水稻对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。通过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作为单个基因起到解毒多种bTH的作用，其在分子作物育种中的应用将支持除草剂选择的多样性。

粳稻BBC抗性基因的鉴定

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（HIS1同源基因），并显示强制OsHSL1表达使拟南芥对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的杂草相比仍然有限，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，将bTH与HIS1或OsHSL1一起应用适用于农田杂草控制。

HIS1及其相关蛋白的系统发育分析

各转基因植物对除草剂易感性

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6451/393