棉花ALS基因突变创制非转基因抗咪唑啉酮除草剂棉花

化学除草是目前广泛普及的除草方式。但化学除草有严格的施用范围，除草剂使用不当会引发药害，造成减产甚至绝收。因此，培育抗除草剂的作物品种是防治杂草、提高生产效率的有效途径。抗除草剂作物的创制可通过转基因或理化诱变方法来实现。受制于我国转基因相关法规，转基因抗除草剂棉花目前在我国还没有商业化。江苏省农业科学院张保龙团队通过EMS诱变获得了一个非转基因耐除草剂棉花品系，为杂草防治提供了更多的选择。

该研究利用EMS处理棉花优良品种鲁绵研37 (Lu37)种子，诱变后代经除草剂筛选，鉴定出耐咪唑啉酮(IMI)除草剂的突变体Lu37-1。在室内鉴定条件下，突变体Lu37-1可耐受不低于24倍田间推荐使用剂量的IMI除草剂甲咪唑烟酸，其对甲咪唑烟酸的抗性水平是野生型棉花的8倍以上，对其它IMI类除草剂如咪唑乙烟酸、甲氧咪草烟等也有抗性。酶活性测定分析发现突变体Lu37-1的乙酰乳酸合成酶(ALS)对IMI除草剂的耐受性是野生型棉花的850倍，说明Lu37-1对IMI除草剂的抗性与其体内ALS的酶活性紧密相关。基因克隆发现Lu37-1突变体中的一个ALS基因(Gh_D10G1253/Gohir.D10G128000) 产生了一个碱基的突变，导致其编码的第642位氨基酸发生了非同义突变Ser642Asn。与棉种基因组SNP比对，该Ser642Asn突变在天然棉种的基因组中不存在，表明其是一个人工诱导产生的新突变。该研究还针对Ser642Asn突变位点开发了dCAPS标记，用于区分鉴定抗除草剂棉花和野生型棉花的ALS等位基因。与野生型拟南芥相比，过量表达棉花突变型ALS基因的拟南芥对IMI除草剂的抗性倍数也不低于40倍。总之，该研究表明棉花突变型ALS基因可通过非转基因和转基因方法开发耐IMI除草剂的作物。

江苏省农业科学院陈天子副研究员为该论文的第一作者，张保龙研究员为通信作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。该研究的相关结果也已获得了国家发明专利的保护。

Title: A nonsynonymous mutation in an acetolactate synthase gene (Gh_D10G1253) is required for tolerance to imidazolinone herbicides in cotton

Authors: CHEN Tianzi, LING Xitie, Yue YU and ZHANG Baolong

Journal of Cotton Res. 2022;6:4

https://doi.org/10.1186/s42397-023-00141-2