单基因控制玉米带杂草对土壤除草剂的抗性

据 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员称，水麻是一种威胁玉米种植带作物生产的侵略性杂草，它再次引发了曲线球。众所周知，这种杂草对不止一两种、而是 七种除草剂作用位点类别产生了抗药性，几乎耗尽了农民用来捍卫生计的化学工具。

在一项新的 杂草科学研究 中，伊利诺伊大学研究人员表明，一个主要基因导致水麻对异丙甲草胺(Dual Magnum 和 Dual II Magnum 中的活性成分)具有抗性，异丙甲草胺是该类中重要的土壤施用残留产品VLCFA 抑制性除草剂。该小组 之前的研究 表明，水麻通过 P450 解毒化学物质，P450 是一种酶，可以去除有毒化合物中的电子，从而降低它们在植物细胞内的反应性。

“挥之不去的问题是哪款 P450?植物有数百个，它们经常协同作用来消除毒素。因此，当我们发现水麻中只有一个负责精异丙甲草胺抗性的主要基因时，我们感到非常惊讶，”该研究的合著者、农业、消费者和环境学院作物科学系 教授Dean Riechers说 。伊利诺伊大学科学学院 (ACES)。“Waterhemp 再次给我们带来了麻烦。”

里彻斯的团队经常寻找水麻具有躲避除草剂超能力的基因。十年前，他的团队将 水大麻对莠去津 (一种与精异丙甲草胺不同类别的除草剂) 的抗性追溯到单个 GST 基因。但他表示，很难找到针对杂草非靶点抗性机制的简单遗传控制。

追踪耐药性的遗传基础需要大量的努力、精确度和时间。在这种情况下，第一作者、Riechers当时的硕士生迪伦·科尔(Dylan Kerr)选择了抗性植物，并在温室中将它们与其他抗性植物反复杂交三代。纯化遗传库存后，他将抗性亲本与敏感亲本交配，并寻找其后代的遗传差异。

“研究土壤施用的除草剂抗性非常困难，因为如果除草剂发挥作用，那么敏感植物甚至不会存在，”里彻斯说。“迪伦的表现超出了职责范围。他在温室里非常勤奋和坚持地进行这些杂交，因此结果会很干净且易于解释。”

只有一个主要基因控制水麻中的精异丙甲草胺抗性意味着什么?

“不幸的是，这对种植者来说并不是一个令人鼓舞的消息，”里彻斯说。“当耐药性由单个基因控制并且是显性性状时，传播的风险就会更高。”

最坏的情况还没有发生。Riechers 指出，异丙甲草胺在玉米、大豆和高粱中的使用已有大约 45 年的历史，而对这种除草剂具有抗药性的水麻种群尚未广泛传播。

“作为一种土壤施用残留工具，精异丙甲草胺对于管理水麻非常有价值，”Riechers 说。“耐药性还不是一个大问题，但如果精异丙甲草胺或其他 VLCFA 抑制剂除草剂在更广泛的范围内停止发挥作用，那么更有效的工具就会消失。”

Riechers 表示，该行业的前进方向是转向更全面的杂草管理方法，包括 物理破坏种子 和在轮作中添加更多不同的作物，而不是完全依赖化学杂草控制。他建议，在小麦之后种植冬小麦、覆盖作物，甚至双季大豆，都可以显着减少杂草压力。

“我意识到一直说杂草控制多样化已经让人厌倦，但这是事实，我们在 ACES 的研究结果支持这一策略，”Riechers 说。