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全球首次鑒定出水稻除草劑廣譜抗性基因
來源:世界農化網中文網 發布時間:2019-08-02

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。


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水稻是超過35億人的主食。表征Oryza屬的基因組(包括馴養和野生物種)揭示的遺傳變異,已經允許鑒定可用于作物育種的基因。大規模農業生産取決于除草劑的雜草控制,但長期使用這些試劑可導致出現抗性雜草。因此,作物育種需要新的除草劑和除草劑抗性基因組合。

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粳稻BBC抗性基因的鑒定

β-三酮類除草劑(bTHs)是4-羟基苯丙酮酸雙加氧酶(HPPD)抑制劑,廣泛應用于農業。用于稻田中雜草控制的bTH苯並雙環(BBC),對于可以對抗其他類型除草劑(包括磺酰脲)的稻雜草,有明顯功效。然而,一些高産水稻品種對BBC敏感,未能鑒定導致BBC敏感性的基因,使未來的水稻育種計劃面臨風險,因此該研究著手確定使BBC擁有抗性或敏感性的水稻基因。


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HIS1及其相關蛋白的系統發育分析

在這裏,研究人員確定了一種水稻基因HIS1(HPPD抑制劑敏感1),它賦予了水稻對BBC和其他β-三酮類除草劑的抗性。HIS1編碼Fe(Ⅱ)/2-氧戊二酸依賴性加氧酶,其通過催化它們的羟基化來解毒β-三酮類除草劑。擬南芥中的基因轉化和水稻HIS1突變體證實了HIS1蛋白的這種功能。鑒于HIS1作爲單個基因可以解毒多種bTH,其在分子作物育種中的應用將支持除草劑選擇的多樣性。

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由HIS1催化的酶反應

另外,該研究還在水稻中鑒定了第二種除草劑抗性基因OsHSL1,並顯示強制OsHSL1表達可以使擬南芥對TFT具有抗性。鑒于抗HPPD抑制劑的雜草的傳播與抗其他除草劑(例如5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶抑制劑和乙酰乳酸合成酶抑制劑)的雜草相比仍然有限,故將bTH與HIS1或OsHSL1一起應用于農田雜草控制。


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