【作者】 梁成真； 孙豹； 孟志刚； 孟钊红； 王远； 孙国清； 朱涛； 陆伟； 张维； Waqas Malik； 林敏； 张锐； 郭三堆；

【机构】 中国农业科学院生物技术研究所；

【摘要】 杂草不仅与农作物竞争水、肥、光和空间等,而且易滋生病虫害,严重影响作物的生长发育,造成作物产量降低、品质下降,因此杂草防治是农业生产中的重要环节。我国农田的主要杂草超过250种,分布面积达4000多万hm~2,其中1000多万hm~2农田受害严重。我国平均每年因草害造成作物减产约13%,直接经济损失占农作物总产值的10%~20%。自1971年以来,草甘膦已成为全世界第一大除草剂,是玉米、大豆和棉花等作物最常用的除草剂。根据草甘膦除草剂的作用机理,目前主要有3种方式培育抗草甘膦转基因作物:(1)过量表达EPSPS蛋白来补偿草甘膦造成的EPSPS蛋白损失;(2)转入EPSPS和aroA等基因,产生对草甘膦不敏感的EPSPS蛋白,如孟山都公司利用农杆菌菌株cp4的.EPSPS基因开发的转基因玉米NK603和转基因大豆40-3-2;(3)转入N-乙酰转移酶GAT,将草甘膦快速乙酰化,生成对植物和动物无毒的乙酰草甘膦。本研究从草甘膦污染严重的土壤微生物中克隆的2个关键的抗草甘膦基因GR79 epsps和gat,并对其进行植物偏爱性密码子改造,分别构建仅含GR79 epsps或gat基因和含有双基因的植物表达载体,转化烟草。结果发现,同时表达GR79 epsps和gat基因的转基因烟草对草甘膦的抗性显著高于单独表达GR79 epsps或gat的烟草。进一步利用农杆菌介导法将GR79 epsps-gat双基因载体转化棉花,获得分别含有1个和2个GR79 epsps-gat表达盒插入的转基因棉花GGCO2和GGCO5。qRT-PCR、Western Blot和胶体金试纸条分析表明,GGCO2和GGCO5转基因棉花中GR79 epsps和gat基因在转录和翻译水平均高丰度表达。草甘膦耐受性测定表明,GGCO转基因棉花在田间可耐受5倍于生产用草甘膦除草剂的浓度,而不影响生长发育和农艺性状。更重要的是,由于GAT可以快速乙酰化草甘膦次级胺基团生成对动物和植物五毒的乙酰草甘膦,因此喷施草甘膦5 d后,与转GR79epsps抗草甘膦棉花相比,GGCO双基因棉花中草甘膦残留量降低了81%~89%。田间测算表明,与人工除草相比,种植GGCO转基因棉花每667 m~2可节约成本150~200元,显著降低了棉花的生产成本。目前,GGCO2和多个抗虫棉组配获得40多个抗虫和抗草甘膦双抗新品系,为抗除草剂棉花新品种的培育提供了丰富的种质资源。新型的高抗低残留抗草甘膦棉花品种的培育有望为我国棉农提供1个田间杂草防治的新选择,加快我国核心作物棉花的创新速度。更多还原