稗草兼抗二氯喹啉酸和ALS抑制剂类除草剂的多抗性分子机制

【作者】 李永丰； 杨霞； 张自常； 谷涛；

【机构】 江苏省农业科学院植物保护研究所；

【摘要】 稗草（Echinochloa crus-galli）是我国水稻产区最重要的恶性杂草之一,以稗草为主的杂草群落严重威胁我国水稻的安全生产。江苏省稻田稗草对二氯喹啉酸等常用茎叶处理剂产生抗性,抗性稗草发生频率为35.2-60.4%,且多抗性稗草种群呈现日益扩大的趋势。本研究筛选得到了抗二氯喹啉酸和五氟磺草胺的多抗性稗草和相对应的敏感性稗草种群。利用整株生物测定法测定了3叶期的多抗性稗草对二氯喹啉酸和五氟磺草胺的抗性水平,五氟磺草胺施药剂量为0、1/2X、X、2X、4X、16X、32X g a.i.·ha^-1,敏感性稗草的五氟磺草胺施药剂量为0、1/16X、1/8X、1/4X、1/2X、X、2X、4X g a.i.·ha^-1,其中X为五氟磺草胺的推荐剂量（有效成分）22.5 g ha^-1;二氯喹啉酸为625 g ha^-1。利用SigmaPlot 10.0统计软件计算出多抗性稗草和敏感性稗草的GR₅₀值,多抗性稗草对五氟磺草胺的抗性指数达95.0以上。同时整株生物测定法测定出多抗性稗草对二氯喹啉酸的抗性指数为70.66。结果表明多抗稗草对五氟磺草胺和二氯喹啉酸均呈高抗水平。以多抗性稗草植株的DNA为模板,利用ALS基因引物（5’-GTCATCGCCAACCACC TCTTCC-3’和5’CTGCCATCACCATCCAGGATC-3’）进行PCR扩增ALS基因保守区序列。氨基酸序列比对分析发现,多抗性稗草中ALS靶标序列的574位色氨酸Trp突变成亮氨酸Leu。对3叶期的多抗性和敏感性稗草苗进行荧光定量PCR分析,以稗草β-actin基因为内参（5’-CACACTGGTGTCATGGTAGG-3’和5’-AGAAAGTGTGATGCCAGAT-3’）,设计稗草ALS特异性引物（5’-ATCCGC ATTGAGAACCTCC-3’和5’-TCTTCTTGATTGCTGCACGT-3’）靶标酶ALS的基因表达量,结果表明ALS基因在抗五氟磺草胺稗草中的表达量显著高于敏感性稗草中的表达量,为4.47倍。综上所述,稗草对五氟磺草胺产生极高的抗药性是由于ALS靶标位点突变和ALS基因表达水平增加所导致。为进一步深入阐明稗草的多抗性机制,利用基于质谱的等重同位素多标签相对定量蛋白质组学（iTRAQ）技术,进行了3叶期的多抗性稗草和敏感性稗草的蛋白表达差异研究,结果发现多抗性稗草中除草剂靶标相关蛋白的表达水平上调,同时还发现多抗性稗草中乙烯应答转录因子（ERF）的蛋白表达水平显著上调,为敏感性稗草中的3.487倍。因此,ERF转录因子能够受信号分子（如乙烯）的诱导,ERF转录因子参与的信号转导网络行为可能在稗草抗性机制调控中发挥重要的作用。更多还原