6月9日，經(jīng)作所油菜團(tuán)隊(duì)在JCR一區(qū)Top期刊《The Crop Journal》上，在線發(fā)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。該研究利用二輪EMS誘變技術(shù)，創(chuàng)制獲得抗磺酰脲類（SU）除草劑油菜新種質(zhì)DS3，并明確了該種質(zhì)在抗SU類除草劑響應(yīng)中的作用機(jī)制。

 

　　油菜是我國(guó)第一大油料作物，其穩(wěn)定生產(chǎn)在國(guó)家糧油安全戰(zhàn)略中具有重要保障作用。化學(xué)除草作為控制農(nóng)田雜草最經(jīng)濟(jì)有效的手段之一，早已在歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。然而，我國(guó)因缺乏可以商業(yè)化種植的抗除草劑油菜品種，極大限制了油菜化除技術(shù)的應(yīng)用，使草害逐步發(fā)展成為制約我國(guó)油菜機(jī)械化、輕簡(jiǎn)化栽培的重要因素之一。因此，創(chuàng)制對(duì)特定除草劑具有選擇抗性的油菜新種質(zhì)，選育抗性新品種刻不容緩。

 

　　本研究對(duì)前期獲得的抗SU類除草劑油菜M342后代進(jìn)行第二輪EMS誘變，獲得一個(gè)具有AHAS基因雙突變位點(diǎn)的高抗新種質(zhì)DS3，其抗性為除草劑推薦使用濃度的16倍（圖1A）。參考擬南芥蛋白序列，分析發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)突變位點(diǎn)是與M342相同的AHAS3上Trp574Leu氨基酸取代，另一個(gè)新突變位點(diǎn)為AHAS1上Pro197Leu氨基酸取代（圖1B）。分離獲得含AHAS1上Pro197Leu突變的材料M196，其抗性效應(yīng)是除草劑推薦使用濃度的2倍，并在擬南芥中進(jìn)行了抗性轉(zhuǎn)基因功能驗(yàn)證。隨后開發(fā)出檢測(cè)新突變位點(diǎn)的KASP分子標(biāo)記，在F2代群體中可有效進(jìn)行抗除草劑基因型鑒定（圖1C）。雙突變位點(diǎn)間表現(xiàn)出較強(qiáng)的協(xié)同作用，導(dǎo)致了DS3的高抗除草劑表型（圖1E）。對(duì)野生型和單突變的AHAS1和AHAS3蛋白進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)解析，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)蛋白的3D構(gòu)象改變（圖1F-G）可能是引起油菜除草劑毒性響應(yīng)、AHAS酶活性和基因表達(dá)等除草劑抗性變化的原因。

 

　　目前，油菜團(tuán)隊(duì)育成的國(guó)內(nèi)首個(gè)非轉(zhuǎn)基因抗除草劑油菜新品種寧R101在大面積推廣應(yīng)用中表現(xiàn)突出，除具有獨(dú)特的抗除草劑特性外，還具有耐遲播、豐產(chǎn)性好、抗病抗倒耐寒等特點(diǎn)，適合油菜全程機(jī)械化生產(chǎn)。

 

　　經(jīng)作所郭月副研究員為論文的第一作者，胡茂龍研究員和浦惠明研究員為論文共同通訊作者。江蘇省農(nóng)科院經(jīng)作所為第一署名單位。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系以及江蘇省青年基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514121001112