科学家首创抗除草剂甘蓝型油菜新种质
2020-03-02
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苯磺隆处理后野生型和P197S突变体的生长情况。扬州大学供图
杂草危害可使我国油菜籽产量下降15.8%，严重的田块减产幅度可达50%以上。培育抗除草剂油菜新品种是增加油菜产量、实现油菜规模化种植的重要举措。近日，《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）在线发表扬州大学教授王幼平团队最新成果，首次报道在油菜中实现单碱基编辑，并成功对乙酰乳酸合成酶基因（ALS）进行编辑，创制出抗苯磺隆除草剂的油菜新种质。
论文通讯作者王幼平介绍，基于CRISPR/Cas9的碱基编辑器已被成功用于多种植物，包括拟南芥、水稻、玉米、小麦和棉花等，但此前还没有碱基编辑技术被应用于油菜的报道。
ALS是植物和微生物中3种支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）生物合成的关键酶。喷施ALS类除草剂可使植物体内ALS活力降低，导致3种支链氨基酸合成受阻，植株生长受抑。已知ALS的某些氨基酸残基的改变可以引起植物对ALS类除草剂的敏感性下降，从而产生对ALS类除草剂的抗（耐）性。
异源四倍体甘蓝型油菜中共有5个拷贝的ALS基因。通过转录组分析发现，只有BnALS1和BnALS3组成型表达，且两者高度同源，与拟南芥AtALS氨基酸同源性达92.8%，是创制抗除草剂油菜的理想编辑靶点。
研究人员在成功对BnALS1基因Pro197进行靶向突变，共获得两种类型的突变体，碱基编辑效率为1.8%。上述突变体可稳定遗传，并在T1代即可获得剔除T-DNA的纯合突变材料。分别对野生型（转基因受体材料）、纯合突变体和杂合突变体喷施不同浓度的苯磺隆，发现野生型植株在较低浓度下就受到严重药害，而 P197S纯合突变体和杂合突变体在3倍于田间推荐喷施剂量的浓度下均未表现任何药害症状，且纯合突变体在更高剂量下仍然能存活。
该研究还开发了该抗除草剂位点的特异功能分子标记，可用于油菜抗除草剂分子标记辅助选择育种。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13368
作者：李晨
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