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我科学家成功开发水稻抗除草剂新种质材料

       点击数: 次      发布时间:2020-06-15

水稻生产中,禾本科杂草的防除是一个难点,尤其是拟态性禾本科杂草如稗、千金子、杂草稻等防控难度较大,严重影响水稻产量和品质。采用二硝基苯胺类除草剂二甲戊灵防除禾本科杂草虽然防效理想,但易造成水稻药害。新兴的植物单碱基编辑技术为解决杂草防治的难题提供了全新的育种思路和途径。近日,中国农科院植保所作物有害生物功能基因组研究创新团队在《Plant Biotechnology Journal》上在线发表题为“Developing a novel artificial rice germplasm for dinitroaniline herbicide resistance by base editing of OsTubA2 ”的研究论文,报道了通过单碱基编辑技术创制抗二硝基苯胺类除草剂二甲戊灵和氟乐灵水稻新种质的研究,并发现该靶位改良方案也适用于其他水稻品种和其它主要农作物抗此类除草剂性状的快速改良。

研究人员利用前期开发的腺嘌呤碱基编辑器rBE14工具(F Yan et al, Mol Plant, 2018),对水稻α-微管蛋白基因 OsTubA2 进行了定点核苷酸编辑,获得了第268位氨基酸残基Met突变为Thr的突变体。该突变体在高剂量的载药培养基上能够正常生长并产生可育后代,其对靶标除草剂二甲戊灵耐受水平达到推荐剂量的3倍,对氟乐灵也有较好的耐受性,而同等甚至较低剂量的载药培养基上野生型水稻则不能存活,这说明Met268Thr突变体对靶标除草剂具有较高的抗性。进一步研究表明该突变可在后代中稳定遗传且不会对水稻产量和其它品质等农艺性状造成影响。生物信息学分析发现 OsTubA2 基因的Met268位点在自然界的4000多份水稻种质及玉米、小麦和高粱等主要农作物中高度保守。因此,本研究中使用的方案同样适合其他水稻品种和其它农作物抗二硝基苯胺类除草剂的精准快速分子育种。该研究是近几年发展起来的单碱基编辑技术应用于抗除草剂水稻育种材料创制和性状快速改良的实例,其在加快作物传统育种进程,节省大量人力和物力的同时,也对各农作物抗除草剂性状的开发及其它重要基因的挖掘和应用具有借鉴作用。

中国农业科学院植保所为本论文的第一完成单位,硕士研究生柳浪为论文第一作者,周焕斌研究员为论文通讯作者,中国农业科学院植保所周雪平教授、李香菊研究员、王锡锋研究员和挪威生物经济研究所Carl Spetz研究员也参与此研究工作。此项研究得到中挪国际合作基金、国家自然科学基金等项目资助。

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