本網(wǎng)訊 每年雜草危害造成作物產(chǎn)量損失約10%，糧食減產(chǎn)達(dá)6000萬(wàn)噸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2200億元。大豆是世界上最重要的油料和蛋白質(zhì)作物之一，由于多變的天氣和雜草控制不當(dāng)會(huì)造成大豆嚴(yán)重減產(chǎn)，開(kāi)發(fā)抗除草劑大豆是有效控制大豆田間雜草、降低人工成本并提高大豆產(chǎn)量的重要途徑。
近日，生物學(xué)權(quán)威期刊Plant Biotechnology Journal (IF：13.8) 在線(xiàn)發(fā)表了安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)朱建華教授團(tuán)隊(duì)和牛慶豐教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果：題為“Engineering soybean with high levels of herbicide resistance with a Cas12‐SF01‐based cytosine base editor”的研究論文。并成功對(duì)大豆中催化3種支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）生物合成的乙酰乳酸合成酶基因（Acetolactate synthase, GmALS）進(jìn)行堿基編輯，創(chuàng)制出不含外源基因的高抗氟唑磺隆除草劑的大豆新種質(zhì)。
該研究通過(guò)利用山東舜豐生物科技有限公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)基因編輯工具酶Cas12‐SF01的單堿基編輯系統(tǒng)BE4max-dCas12-SF01對(duì)大豆基因組中的GmALS1和GmALS3基因編碼區(qū)的特定堿基進(jìn)行精準(zhǔn)堿基替換，創(chuàng)制了不同類(lèi)型的突變體，包括ALS1P178S, ALS3P172S, 和 ALS1P178S ALS3P172S突變體（分別稱(chēng)為 als1、als3 和 als1/als3）。在人工氣候室評(píng)估其除草劑抗性，其中als1植株比als3植株表現(xiàn)出更強(qiáng)的除草劑抗性，但在噴施田間中等劑量6倍（420 mg L-1）濃度的除草劑后都表現(xiàn)出一定的除草劑藥害癥狀。而als1/als3雙突變體植株即使在6倍濃度的高劑量除草劑處理后也沒(méi)有出現(xiàn)除草劑損害癥狀（圖1）。這些結(jié)果表明，als1和als3 突變具有協(xié)同效應(yīng)，能強(qiáng)烈促進(jìn)大豆對(duì)除草劑的抗性。大田測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)表明als1/als3在6倍濃度的高劑量的除草劑處理下植株沒(méi)有產(chǎn)量的降低。該研究通過(guò)堿基編輯技術(shù)對(duì)大豆的兩個(gè)ALS基因的抗除草劑位點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行堿基精準(zhǔn)替換，成功篩選出了可應(yīng)用于大田種植的高抗除草劑大豆，并為其它作物進(jìn)行高抗除草劑生物育種提供了理論基礎(chǔ)。
als1 、als3和als1/als3除草劑耐受性的表型
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱建華教授和山東舜豐生物科技有限公司謝洪濤博士為論文的共同通訊作者。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院牛慶豐教授、山東舜豐生物科技有限公司謝洪濤博士和南方科技大學(xué)前沿生物技術(shù)研究院曹雪松博士為論文共同第一作者。我校為論文第一完成單位與通訊單位。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. NK2022010301），山東種子產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃（No. 2021LZGC003），山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. 2021LZGC012）和國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 32270367）等項(xiàng)目的支持。（圖文/牛慶豐 編輯/程玉磊 預(yù)審/薛挺 審核/夏曉昀）
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.14356
