苯磺隆處理后野生型和P197S突變體的生長情況。揚州大學(xué)供圖

 

　　雜草危害可使我國油菜籽產(chǎn)量下降15.8%，嚴(yán)重的田塊減產(chǎn)幅度可達(dá)50%以上。培育抗除草劑油菜新品種是增加油菜產(chǎn)量、實現(xiàn)油菜規(guī)?；N植的重要舉措。近日，《植物生物技術(shù)雜志》（Plant Biotechnology Journal）在線發(fā)表揚州大學(xué)教授王幼平團(tuán)隊最新成果，首次報道在油菜中實現(xiàn)單堿基編輯，并成功對乙酰乳酸合成酶基因（ALS）進(jìn)行編輯，創(chuàng)制出抗苯磺隆除草劑的油菜新種質(zhì)。

 

　　論文通訊作者王幼平介紹，基于CRISPR/Cas9的堿基編輯器已被成功用于多種植物，包括擬南芥、水稻、玉米、小麥和棉花等，但此前還沒有堿基編輯技術(shù)被應(yīng)用于油菜的報道。

 

　　ALS是植物和微生物中3種支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）生物合成的關(guān)鍵酶。噴施ALS類除草劑可使植物體內(nèi)ALS活力降低，導(dǎo)致3種支鏈氨基酸合成受阻，植株生長受抑。已知ALS的某些氨基酸殘基的改變可以引起植物對ALS類除草劑的敏感性下降，從而產(chǎn)生對ALS類除草劑的抗（耐）性。

 

　　異源四倍體甘藍(lán)型油菜中共有5個拷貝的ALS基因。通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，只有BnALS1和BnALS3組成型表達(dá)，且兩者高度同源，與擬南芥AtALS氨基酸同源性達(dá)92.8%，是創(chuàng)制抗除草劑油菜的理想編輯靶點。

 

　　研究人員在成功對BnALS1基因Pro197進(jìn)行靶向突變，共獲得兩種類型的突變體，堿基編輯效率為1.8%。上述突變體可穩(wěn)定遺傳，并在T1代即可獲得剔除T-DNA的純合突變材料。分別對野生型（轉(zhuǎn)基因受體材料）、純合突變體和雜合突變體噴施不同濃度的苯磺隆，發(fā)現(xiàn)野生型植株在較低濃度下就受到嚴(yán)重藥害，而 P197S純合突變體和雜合突變體在3倍于田間推薦噴施劑量的濃度下均未表現(xiàn)任何藥害癥狀，且純合突變體在更高劑量下仍然能存活。

 

　　該研究還開發(fā)了該抗除草劑位點的特異功能分子標(biāo)記，可用于油菜抗除草劑分子標(biāo)記輔助選擇育種。

 

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13368