近日，中國科學院合肥物質(zhì)院智能機械研究所吳躍進課題組在水稻抗草銨膦基因發(fā)掘和功能研究方面取得進展。該團隊利用重離子輻照獲得對草銨膦具有耐受性的水稻突變種質(zhì)，克隆草銨膦抗性新基因，并對其基因功能進行了深入研究。相關(guān)研究成果發(fā)表在Plant Biotechnology Journal上。

水稻是重要的糧食作物之一。直播稻輕簡栽培模式因省時省力、節(jié)約成本的優(yōu)勢而得到推廣，但草害嚴重影響直播稻的生產(chǎn)與產(chǎn)量。因此，水稻抗除草劑種質(zhì)資源的選育和研究，對有效治理雜草和推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。草銨膦因非選擇性、廣譜、高效的除草效果以及人畜無毒、環(huán)境友好的特性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。而目前在水稻中未有關(guān)于抗草銨膦內(nèi)源基因的報道。因此，水稻抗草銨膦種質(zhì)創(chuàng)建、基因發(fā)掘和育種以及應用，對未來現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用。

該團隊開展了重離子束誘變抗草銨膦突變基因克隆和功能以及抗性機制研究。該團隊在大田篩選中獲得了具有草銨膦抗性的水稻突變體glr1和glr2（圍繞glr1突變體及控制基因，已申請專利并獲得授權(quán)）。研究顯示，突變體glr1與野生型相比，具有顯著的草銨膦耐受性（圖1）。進一步，研究通過圖位克隆和功能解析發(fā)現(xiàn)，GLR1基因編碼生長素應答因子ARF家族中的ARF18。GLR1/ARF18可以直接結(jié)合下游基因OsGS1、?? OsCYP51G3和OsCATA的啟動子并抑制其表達。草銨膦除草劑處理水稻時，GLR1基因受到誘導上調(diào)，抑制下游靶基因的表達，導致產(chǎn)生的活性氧以及氨積累得不到及時清除和代謝，導致植株死亡。而GLR1基因突變后，下游靶基因表達抑制得到解除，從而加速清除由草銨膦引起的過量的活性氧和氨的積累，使突變體glr1在草銨膦處理后快速恢復生長，具有很好的草銨膦耐受性（圖2）?；钚匝踉黾邮侵参飳υ庥瞿婢车捻憫?。鑒于GLR1/ARF18在活性氧清除方面的作用，研究推測GLR1基因突變對非生物脅迫具有廣譜的耐逆性。研究進一步進行鹽處理和草甘膦除草劑處理發(fā)現(xiàn)，glr1突變體具有明顯的耐鹽和抗草甘膦除草劑效果。

上述成果體現(xiàn)了GLR1基因在水稻抗草銨膦種質(zhì)資源利用方面的應用價值，推進了水稻抗草銨膦內(nèi)源基因研究的進展；通過對GLR1基因在草銨膦抗性機制研究揭示了GLR1基因在水稻非生物脅迫的廣譜抗逆性具有明顯效果，為適應逆境生長條件下水稻新品種的培育提供了基因資源、奠定了理論基礎(chǔ)。