江苏省农业科学院油菜团队成功解析非转基因抗除草剂油菜新种质DS3的抗性机制

　　6月9日，经作所油菜团队在JCR一区Top期刊《The Crop Journal》上，在线发表了题为“Development and molecular analysis of a novel acetohydroxyacid synthase rapeseed mutant with high resistance to sulfonylurea herbicides”的研究论文。该研究利用二轮EMS诱变技术，创制获得抗磺酰脲类（SU）除草剂油菜新种质DS3，并明确了该种质在抗SU类除草剂响应中的作用机制。

 

　　油菜是我国第一大油料作物，其稳定生产在国家粮油安全战略中具有重要保障作用。化学除草作为控制农田杂草最经济有效的手段之一，早已在欧美等西方发达国家广泛应用。然而，我国因缺乏可以商业化种植的抗除草剂油菜品种，极大限制了油菜化除技术的应用，使草害逐步发展成为制约我国油菜机械化、轻简化栽培的重要因素之一。因此，创制对特定除草剂具有选择抗性的油菜新种质，选育抗性新品种刻不容缓。

 

　　本研究对前期获得的抗SU类除草剂油菜M342后代进行第二轮EMS诱变，获得一个具有AHAS基因双突变位点的高抗新种质DS3，其抗性为除草剂推荐使用浓度的16倍（图1A）。参考拟南芥蛋白序列，分析发现其中一个突变位点是与M342相同的AHAS3上Trp574Leu氨基酸取代，另一个新突变位点为AHAS1上Pro197Leu氨基酸取代（图1B）。分离获得含AHAS1上Pro197Leu突变的材料M196，其抗性效应是除草剂推荐使用浓度的2倍，并在拟南芥中进行了抗性转基因功能验证。随后开发出检测新突变位点的KASP分子标记，在F2代群体中可有效进行抗除草剂基因型鉴定（图1C）。双突变位点间表现出较强的协同作用，导致了DS3的高抗除草剂表型（图1E）。对野生型和单突变的AHAS1和AHAS3蛋白进行三维结构解析，发现这两个蛋白的3D构象改变（图1F-G）可能是引起油菜除草剂毒性响应、AHAS酶活性和基因表达等除草剂抗性变化的原因。

 

　　目前，油菜团队育成的国内首个非转基因抗除草剂油菜新品种宁R101在大面积推广应用中表现突出，除具有独特的抗除草剂特性外，还具有耐迟播、丰产性好、抗病抗倒耐寒等特点，适合油菜全程机械化生产。

 

　　经作所郭月副研究员为论文的第一作者，胡茂龙研究员和浦惠明研究员为论文共同通讯作者。江苏省农科院经作所为第一署名单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家油菜产业技术体系以及江苏省青年基金等项目的资助。

 

　　论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514121001112