天然的生长素在植物生长发育过程中具有核心调控作用。生产上合成的生长素类似物（2,4-D）作为一种十分有效的除草剂，广泛应用于对谷物作物田中双子叶杂草的防治。然而，近年来有一些杂草表现出抗生长素类似物除草剂的表型，抗性机制还不清楚。

近日，在PNAS发表的一篇题为An in-frame deletion mutation in the degron tail of auxin coreceptor IAA2 confers resistance to the herbicide 2,4-D in Sisymbrium orientale的研究论文，揭示了一种杂草抗生长素类除草剂的抗性机制。

通过对除草剂抗性和除草剂敏感的杂草印度对冲芥末（Sisymbrium orientale）的重组自交系群体进行转录组分析，鉴定到唯一一个转录本，SoIAA2在除草剂抗性和除草剂敏感的亲本杂草中差异表达显著。通过测序发现在抗性杂草SoIAA2 的DT区（Degron Tail，位于Aux/IAAA蛋白第二个motif上，是一段13个氨基酸序列结合到SCFTIR1/AFB 和生长素）有一个27bp的删除，导致了9个氨基酸缺失。通过对F2群体中删除片段等位基因的分离和对除草剂的抗性表型统计发现，对除草剂抵御程度与突变等位基因SoIAA2 表现出1:2:1 的共分离。在施加2,4-D 后，对生长素响应基因IAA2, IAA19, GH3.3的表达量进行了检测，在抗性杂草和敏感杂草中，GH3.3的表达量没有差异，而IAA2和IAA19在敏感材料中被诱导上调，而在抗性材料中没有变化。在拟南芥中异源表达SoIAA2也能增强对2,4-D的抗性。

对SoIAA2 和SoIAA2_∆9 的蛋白结构进行研究，发现缺失的9个氨基酸对低聚物的形成和蛋白的折叠没有影响，但增强了蛋白的稳定性。为了探究SoIAA2_∆9 是如何影响了与生长素类似物的结合，作者进行了表面等离子体共振（SPR）试验，发现在生长素IAA处理下，SoIAA2_∆9 与受体TIR1 的结合弱于SoIAA2与受体TIR1的结合。动力学数据表明，在生长素和生长素类似物除草剂存在的情况下，低亲和力的SoIAA2_∆9 在共受体复合体形成中速度较慢，且不稳定。这种低亲和力结合的后果可能包括减少泛素化降解，增加Aux/IAA蛋白的生命周期，以及降低对生长素的敏感度。

综上所述，作者发现了一种自然界存在的杂草对生长素类除草剂的抵抗机制，这种缺失突变形式的SoIAA2_∆27 可以通过基因编辑的方法运用到作物中，降低喷施除草剂对农作物的损害。

科罗拉多州立大学农业生物系的Todd A. Gaines 教授为本文的通讯作者，Todd A. Gaines 教授致力于杂草管理与农业可持续经营，在抗除草剂的分子遗传机制上取得一些列研究成果。

文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2105819119