直播是水稻轻简栽培中最简化的种植方式，省去了育秧、拔秧等诸多繁琐环节，是实现水稻生产机械化、现代化的重要技术。但是直播稻田杂草及杂草稻大量发生，极大限制了直播稻的发展。“一封、二杀、三补”的化学除草技术缓解了杂草危害，但对禾本科杂草，尤其是杂草稻的防治效果较差。抗除草剂水稻品种和除草剂的配合使用为稻田杂草防控提供了新的解决方案，在提高水稻生产的经济效益方面具有重要意义。
11月3日，SCIENCE CHINA Life Sciences在线发表题为“Generating broad-spectrum tolerance to ALS-inhibiting herbicides in rice by base editing”的论文，报道了使用胞嘧啶碱基编辑技术创制了对多种乙酰乳酸合酶抑制剂类除草剂具有广谱抗性的水稻新种质，为稻田杂草防控提供了育种新材料及技术路径。
研究人员利用胞嘧啶碱基编辑器定向突变水稻乙酰乳酸合酶(ALS)第171位脯氨酸(P171)和第628位甘氨酸(G628)对应的DNA序列，获得了一系列ALS抑制剂类除草剂抗性突变体。其中，四种不同的P171位突变体，P171S、P171A、P171Y和P171F，在喷施五种不同种类的ALS抑制剂类除草剂后，表现出不同的抗性水平（图1）。另外，P171和G628位点均发生突变的三氨基酸突变体P171F/G628E/G629S，对五种ALS抑制剂类除草剂均表现出较高抗性水平（图1）。田间试验表明，突变体P171F和P171F/G628E/G629S在施用田间浓度烟嘧磺隆后，抗性表现良好且没有发生产量相关的农艺性状的改变。
水稻不同突变体对五种ALS抑制剂类除草剂的抗性表现
该研究使用碱基编辑工具同时对ALS多个位点进行了编辑，快速获得了无外源基因插入且对多种ALS抑制剂类除草剂具有广谱抗性的水稻新种质，这对其他抗除草剂作物新品种的快速开发具有重要借鉴意义，为田间草防控提供了快捷高效的技术方案。
中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员、李家洋研究员和中国农业大学姜临建副教授为论文共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞组助理研究员张瑞、博士生陈沙和李家洋组副研究员孟祥兵为该文共同第一作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国科学院的研究经费支持。
来源: BioArt植物
