日本埼玉大学全球首次鉴定出水稻除草剂广谱抗性基因

2019年7月25日，日本埼玉大学 Yuzuru Tozawa团队在Science 在线发表题为“A rice gene that confers broad-spectrum resistance to β-triketone herbicides”的研究论文，该研究确定了一种水稻基因HIS1（HPPD抑制剂敏感1），它赋予对BBC和其他β-三酮类除草剂的抗性。HIS1编码Fe（II）/ 2-氧戊二酸依赖性加氧酶，其通过催化它们的羟基化来解毒β-三酮类除草剂。

另外，该研究还在水稻中鉴定了第二种除草剂抗性基因OsHSL1，并显示强制OsHSL1表达使拟南芥对TFT具有抗性。鉴于抗HPPD抑制剂的杂草的传播与抗其他除草剂的杂草相比仍然有限，例如5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶抑制剂和乙酰乳酸合成酶抑制剂，将bTH与HIS1或OsHSL1一起应用适用于农田杂草控制。

水稻（Oryza sativa L.）是> 35亿人的主食。通过表征Oryza属的基因组（包括驯养和野生物种）揭示的遗传变异已经允许鉴定可用于作物育种的基因。大规模农业中生产取决于除草剂的杂草控制，但长期使用这些试剂可导致出现抗性杂草。因此，作物育种需要新的除草剂和除草剂抗性基因组合。

粳稻BBC抗性基因的鉴定

β-三酮类除草剂（bTHs）是4-羟基苯丙酮酸双加氧酶（HPPD）抑制剂，广泛应用于农业。开发用于稻田中杂草控制的bTH苯并双环（BBC）显示出对抗其他类型除草剂（包括磺酰脲）的稻杂草的功效。然而，一些高产水稻品种对BBC敏感，未能鉴定导致BBC敏感性的基因，使未来的水稻育种计划面临风险。因此该研究着手确定决定BBC抗性或敏感性的水稻基因。

HIS1及其相关蛋白的系统发育分析

在这里，研究人员确定了一种水稻基因HIS1（HPPD抑制剂敏感1），它赋予对BBC和其他β-三酮类除草剂的抗性。HIS1编码Fe（II）/ 2-氧戊二酸依赖性加氧酶，其通过催化它们的羟基化来解毒β-三酮类除草剂。通过拟南芥中的基因转化和水稻his1突变体证实了HIS1蛋白的这种功能。鉴于HIS1作为单个基因起到解毒多种bTH的作用，其在分子作物育种中的应用将支持除草剂选择的多样性。

由HIS1催化的酶反应

另外，该研究还在水稻中鉴定了第二种除草剂抗性基因OsHSL1，并显示强制OsHSL1表达使拟南芥对TFT具有抗性。鉴于抗HPPD抑制剂的杂草的传播与抗其他除草剂的杂草相比仍然有限，例如5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶抑制剂和乙酰乳酸合成酶抑制剂，将bTH与HIS1或OsHSL1一起应用适用于农田杂草控制。

研究背景

β-三酮类除草剂（bTHs）是4-羟基苯丙酮酸双加氧酶（HPPD）抑制剂，广泛应用于农业。开发用于稻田中杂草控制的bTH苯并双环（BBC）显示出对抗其他类型除草剂（包括磺酰脲）的稻杂草的功效。然而，一些高产水稻品种对BBC敏感，未能鉴定导致BBC敏感性的基因，使未来的水稻育种计划面临风险。

关于日本埼玉大学

埼玉大学（さいたまだいがく、Saitama University）位于埼玉县埼玉市樱区（旧浦和市）的国立大学。1949年由旧制浦和高等学校、埼玉师范学校、埼玉青年师范学校合并而成立。在多年的发展中形成了以教养・教育・经济・理学・工学为主的多元化国立大学，其校友梶田隆章于2015年获得诺贝尔物理学奖。