近日，植保所雜草防控研究團隊在雜草抗草銨膦分子機理研究方麵取得重要進展。研究論文A naturally evolved mutation (Ser-59-Gly) in glutamine synthetase confers glufosinate resistance in plants”於2022年1月13日，在國際知名植物學期刊Journal of Experimental Botany (IF 6.992)上在線發表。該研究首次報道了胞質型穀氨酰胺合成酶（EiGS1-1）發生Ser-59-Gly突變是牛筋草對草銨膦產生抗藥性的重要分子機理。必威betways 植保所張純博士為論文第一作者，植保所田興山研究員和西澳大學餘勤教授為共同通訊作者。

草銨膦是一種非選擇、廣譜滅生性除草劑，具有除草活性高、除草譜廣及環境相容性好的特點，廣泛應用於全球農業和非耕地的雜草防治。近年來，隨著草甘膦抗性雜草進化速度加快，部分國家地區百草枯禁用，以及抗草銨膦轉基因作物大麵積推廣，全球範圍內的草銨膦產銷量呈高增長之勢，目前已成為僅次於草甘膦的全球第二大滅生性除草劑。值得注意的是，長期、單一的過度使用一種除草劑會不可避免的導致雜草抗性種群的進化。草銨膦產銷量的增長，也增加了草銨膦抗性雜草進化的風險。目前草銨膦抗性雜草還很少見，僅在牛筋草、黑麥草等少數幾個種群中發現，相關抗性機理研究較少，尚處於原始資料積累階段。明確雜草對草銨膦的抗性機理，有助於製定基於草銨膦的雜草科學防控策略，保障草銨膦產業可持續發展。

牛筋草是一種具有強抗逆性和競爭性的C4惡性雜草，易對除草劑產生抗藥性，是世界十大惡性雜草之一。2010年首次在馬來西亞發現抗草銨膦牛筋草種群，但抗性機理一直未明確。近年來，必威betways 植保所田興山研究員團隊與澳大利亞西澳大學餘勤教授團隊聯合開展牛筋草抗草銨膦分子機理研究。該研究從中國和馬來西亞的抗草銨膦種群中鑒定到一個胞質型EiGS1-1蛋白發生Ser-59-Gly突變，且該突變基因型與草銨膦抗性表型顯著相關；水稻遺傳轉化和體外酶活實驗驗證該突變基因的抗草銨膦功能；EiGS1-1蛋白突變體3D結構模擬預測Ser-59-Gly突變對抗性的影響是間接的通過影響重要殘基(如結合位點glu297和非結合位點的Asp-56)的空間構象實現的，這使得EiGS1-1蛋白突變後的催化特性不會發生較大改變，使牛筋草在獲得草銨膦抗性的同時不會產生嚴重的適合度代價，進而促進草銨膦抗性種群的進化。

水稻遺傳轉化體係驗證EiGS1-1突變體抗草銨膦功能

該研究首次揭示了早期田間進化的抗草銨膦雜草靶標抗性機理，為後續更深層次草銨膦抗性機理研究奠定了良好的基礎。同時，研究結果也有助於進一步了解植物氮代謝途徑中關鍵酶GS1的分子進化特征和功能，為草銨膦抗性作物遺傳改良提供重要參考。研究得到了國家自然科學基金（31972282）、澳大利亞GRDC項目、廣東省科技計劃項目（2019B121201003）和廣東省農科院創新戰略專項（202105TD, R2020PY-JX005）等項目的資助。