农田杂草是制约水稻生产的重要因子，杂草防治以化学防治为主。随着常规除草剂多年连续使用，抗性杂草问题日益突出。对羟基苯丙酮酸双加氧酶（HPPD）和乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）抑制剂类除草剂具有高效低毒、对后茬作物安全等优点，是有效控制稻田杂草及杂草稻的优质候选药剂，但是大多数药剂对水稻的安全性欠佳。克隆水稻抗HPPD和ACCase抑制剂类除草剂的基因，培育抗性品种可有效治理稻田恶性杂草。

近日，资源所作物抗逆新种质创制与应用创新团队在HPPD抑制剂类除草剂抗性基因挖掘，机制解析以及种质创制方面取得新进展，相关成果以题为“Multi-site mutagenesis of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD) enhances rice resistance to HPPD-inhibitors and its carotenoid contents”发表于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院一区，IF5year=6）。

利用优化后的易错PCR技术建立了水稻HPPD的随机突变文库，并通过定向进化筛选获得15个具有硝磺草酮抗性的单点突变体，进一步迭代聚合获得一个6碱基突变体OsHPPD-6M，体外显色结果表明该突变体对硝磺草酮的抗性是野生型的200倍。酶学研究表明，OsHPPD-6M的酶活是野生型基因的2倍。OsHPPD-6M过表达植株对硝磺草酮、苯唑草酮以及异噁唑草酮的抗性是野生型HPPD基因过表达植株的36.7、41.6以及37.1倍。另外，过表达植株中的类胡萝卜素含量较受体材料显著提高，农艺性状无明显变化。

资源所杨郁文研究员与周珍珍副研究员为该论文的共同第一作者，郭冬姝副研究员和张保龙研究员为共同通讯作者。该研究得到了江苏省农业自主创新基金项目(CX(21)1002)、生物育种钟山实验室项目ZSBBL-KY2023−06、江苏省重点研发项目BE2022365以及江苏生物重点实验室项目JKLA2022-ZD01的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c05600。

此外，5月16日资源所作物抗逆新种质创制与应用创新团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表了题为“Differential Resistance to Acetyl-CoA Carboxylase Inhibitors in Rice: Insights from Two Distinct Target-Site Mutations”的研究文章。

前期通过对三个不同水稻品种（镇糯19、淮119和苏秀867）进行大规模的EMS诱变，分别筛选到了对乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂类除草剂具有抗性的水稻突变体。经鉴定，各突变体在除草剂靶标基因OsACC处发生了点突变，并引起Ile-1792-Leu 或Gly-2107-Ser的氨基酸突变。两种不同类型的突变体均表现出对不同ACCase抑制剂类除草剂具有交互抗性。体外酶活实验表明突变体中的OsACC酶对盖草能和精喹禾灵的抗性水平显著提升，为野生型的4.84到29倍。进一步通过结构模拟和分子对接解析具体的抗性机制，发现突变型OsACC与ACCase抑制剂间的结合亲和力降低了，因而表现出抗性。这项工作不仅有助于培育抗除草剂水稻，也对稻田杂草管理提供了新策略。

EMS诱变筛选ACCase抑制剂类除草剂抗性水稻突变体示意图

资源所周珍珍副研究员和已毕业硕士研究生江群为该论文的共同第一作者，凌溪铁助理研究员和张保龙研究员为共同通讯作者。该研究得到了生物育种钟山实验室项目(BM2022008−02和ZSBBL-KY2023−06)、江苏省农业自主创新基金项目(CX(21)1002)和三亚崖州湾科技城科技专项项目(SCKJ-JYRC-2022-35)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c01889。