植物保护学院徐汉虹教授团队在水稻除草剂转运基因功能研究与应用取得进展

来源单位及审核人:植物保护学院 金丰良编辑:安沛审核发布:陈芃辰 发布时间:2023-08-20浏览次数:1642

  近日,绿色农药全国重点实验室徐汉虹教授团队在The Plant Journal杂志(IF=7.2)上发表题为“The herbicide bensulfuron-methyl inhibits rice seedling development by blocking calcium ion flux in the OsCNGC12 channel的研究论文(论文链接:https://doi.org/10.1111/tpj.16418),该研究发现除草剂苄嘧磺隆作用于水稻钙离子通道蛋白OsCNGC12并对其潜在的分子机制及应用价值进行了探究。


  直播是水稻生产发展方向,其发展瓶颈是杂草防控。目前,直播稻田杂草防控最主要的措施是化学防治。种子包衣是一种可以防治苗期病虫草害、省工省时的施药技术。目前鲜见关于除草剂水稻种子包衣的安全性及对杂草防控效果的报道。基于水稻萌发期和苗期除草剂抗性探索除草剂种子包衣安全性及稻田杂草的防控效果,将为直播稻田杂草防控提供方案。

  苄嘧磺隆属于磺酰脲类除草剂,一般以喷洒或者撒施方式应用于稻田杂草防控。由于不同水稻品种萌发期和苗期对苄嘧磺隆的敏感性差异大,在直播稻田中使用不当容易引起药害导致大面积减产,带来严重经济损失。该研究利用导向农药理念,失活关闭除草剂吸收转运基因,赋予水稻品种除草剂抗性。

  利用富集表达水稻膜蛋白基因的酵母文库筛选到水稻苄嘧磺隆敏感基因OsCNGC12并发现其突变体株系oscngc12在幼苗期表现苄嘧磺隆抗性。基于转运抗性探究了oscngc12突变体对苄嘧磺隆的抗性机制。结果表明,表达OsCNGC12基因的烟草及非洲爪蟾卵母细胞时可显著提高对苄嘧磺隆的吸收量,而oscngc12突变体水稻降低了对苄嘧磺隆的吸收量及亲和力。

  结合CNGC家族作为非选择性钙离子通道的特性,使用非损伤微测技术(NMT)和爪蟾电生理实验法分析了苄嘧磺隆对钙离子通量的影响。结果表明,苄嘧磺隆处理影响了阳离子的通量,促使水稻根系钙离子外排。OsCNGC12基因的缺失缓解苄嘧磺隆对阳离子通量的影响,从而保护了水稻幼苗期生长发育免受苄嘧磺隆抑制。对不同OsCNGC12基因型水稻种子进行苄嘧磺隆包衣处理,保持杂草防除效果的同时,突变体株系生长发育明显优于野生型和突变体。


苄嘧磺隆处理下OsCNGC12基因型水稻根系阳离子通量变化

OsCNGC12基因的缺失赋予水稻幼苗期对苄嘧磺隆抗性的机制

  该研究成果是绿色农药全国重点实验室继杀虫剂噻虫嗪转运蛋白基因OsATL15成功克隆后,在导向农药研究方面的又一成果。从除草剂转运抗性角度创制水稻除草剂抗性种质资源,结合除草剂种子包衣处理,为直播稻田控草提供了轻简施药方案,拓展以农药高效利用为目标性状的水稻分子设计育种思路和种质资源。

  欧冠竞猜平台(中国)有限公司官网,植物保护学院农药学系硕士研究生郭雅婷和徐小慧为论文共同第一作者,林菲教授和徐汉虹教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金(32072451)、欧冠竞猜平台(中国)有限公司官网,一流学科标志性成果培育和广东省植物重大灾害综合防控共性关键技术研发产业创新团队等项目的资助。


文图/植物保护学院

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