基于菵草ACCase等位基因突變的適合度代價(jià)研究.pdf

1、隨著除草劑的大面積應(yīng)用，雜草抗性越發(fā)成為人們關(guān)注的問(wèn)題。菵草是影響我國(guó)小麥和油料作物產(chǎn)量的重要禾本科雜草之一。由于長(zhǎng)期使用精噁唑禾草靈等ACCase抑制劑類除草劑進(jìn)行防除，菵草產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗藥性。本課題組前期研究證實(shí)，采自于安徽、江蘇、山東等地的抗性菵草（Beckmannia syzigachne Steud.）種群中，質(zhì)體ACCase發(fā)生突變是其對(duì)精噁唑禾草靈產(chǎn)生高水平抗性的原因之一，其中已明確的氨基酸取代有Ile1781Leu、Tr

2、p2027Cys、Ile2041Asn、Asp2078Gly、Gly2096Ala。為明確各ACCase突變引起的菵草適合度變化，為預(yù)測(cè)抗性菵草在田間的演化及為綜合治理抗性雜草提供理論指導(dǎo)，本研究以課題組前期的研究為基礎(chǔ)，研究了各ACCase基因突變?nèi)D草的適合變化，主要研究結(jié)果如下：
　　1.利用酶切擴(kuò)增多態(tài)性序列（CAPS/dCAPS）分子標(biāo)記方法從抗性種群中篩選出抗性雜合ACCase突變?nèi)D草植株（M/W），然后在其后代中分離篩

3、選出純合突變基因型植株（M/M）及其對(duì)應(yīng)的野生基因型植株（W/W）。各純合突變基因型植株1781M/M、2027M/M、2041M/M、2078M/M、2096M/M與各自對(duì)應(yīng)的野生型植株1781W/W、2027W/W、2041W/W、2078W/W、2096W/W具有相似的遺傳背景。質(zhì)體ACCase基因測(cè)序結(jié)果與CAPS/dCAPS分析結(jié)果一致。
　　2.采用整株測(cè)定法測(cè)定了分離得到的各野生基因型菵草對(duì)7種ACCase抑制劑類除

4、草劑的敏感性，結(jié)果表明：1781W/W、2027W/W、2041W/W、2078W/W基因型菵草對(duì)供試藥劑均為敏感，而2096W/W基因型菵草對(duì)精噁唑禾草靈的抗性倍數(shù)為63.5，產(chǎn)生了高水平抗性，對(duì)炔草酯、唑啉草酯抗性倍數(shù)分別為4.6、3.3，產(chǎn)生了低水平抗性。
　　3.采用整株測(cè)定法測(cè)定了分離得到的各純合突變基因型菵草的抗性背景，結(jié)果表明：1781M/M基因型菵草對(duì)精噁唑禾草靈（APP）、炔草酯（APP）、高效氟吡甲禾靈（APP

5、）、精吡氟禾草靈（APP）、烯禾啶（CHD）、烯草酮（CHD）、唑啉草酯（PPZ）均產(chǎn)生了高水平抗性（Rf>10）；2027M/M、2041M/M基因型菵草對(duì)精噁唑禾草靈、炔草酯、高效氟吡甲禾靈、精吡氟禾草靈、唑啉草酯產(chǎn)生了高水平抗性，對(duì)烯禾啶、烯草酮產(chǎn)生低水平抗性（2

6、。
　　4.對(duì)各突變基因型菵草種子在最適萌發(fā)條件下萌發(fā)特性研究表明：種子采集當(dāng)天進(jìn)行試驗(yàn)，2041M/M基因型菵草種子萌發(fā)tG50較2041W/W基因型菵草種子小0.8，差異顯著，在貯存4個(gè)月后，該兩種基因型菵草種子萌發(fā)趨勢(shì)一致。其他各突變基因型菵草種子與各自對(duì)應(yīng)的野生基因型菵草種子在萌發(fā)特性上無(wú)明顯差異。
　　5.對(duì)各突變基因型菵草種子在脅迫條件下萌發(fā)特性研究表明：在pH4~10的范圍內(nèi)，各基因型菵草種子萌發(fā)率均在92.5

7、％以上；1781M/M基因型菵草種子萌發(fā)率在滲透壓低于-0.1MPa時(shí)較其對(duì)應(yīng)的野生型1781W/W菵草種子顯著提高，在-0.2、-0.3、-0.4、-0.5MPa條件下分別提高16.4%、14.8%、39.3%、65.9%；1781M/M基因型菵草種子在80 mM、160 mM NaCl濃度下的萌發(fā)率較野生基因型菵草種子1781W/W分別高2.8%、36.3%；2027M/M、2041M/M、2078M/M、2096M/M基因型菵草種

8、子在滲透壓及NaCl壓力下的萌發(fā)率較各自野生型無(wú)顯著差異。
　　6.加速老化試驗(yàn)（40℃，100%相對(duì)濕度）表明：2078M/M基因型菵草種子較其對(duì)應(yīng)的野生基因型種子老化速度更快，其P50較野生基因型菵草種子2078W/W的P50小1.71，差異顯著；種子老化16天后2027M/M基因型菵草種子萌發(fā)率為18.75%，而其對(duì)應(yīng)的野生基因型種子萌發(fā)率僅為2.5%；2096M/M基因型菵草種子老化曲線斜率（b=4.45）較野生型種子（b

9、=2.58）明顯增大，但萌發(fā)率始終高于野生型種子。1781M/M基因型、2041M/M基因型菵草種子，老化曲線擬合參數(shù)較各自野生型種子均無(wú)顯著變化。
　　7.對(duì)各突變基因型菵草營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期生長(zhǎng)特性的研究表明：1781M/M基因型菵草相對(duì)生長(zhǎng)速率（RGR）及凈同化率（NAR）較1781W/W基因型菵草明顯升高（經(jīng)典分析分別升高10.5%、31.7%，組合分析分別升高7.34%、12.8%）；2078M/M基因型菵草RGR及NAR較2

10、078W/W基因型明顯降低（經(jīng)典分析分別降低10.7%、15.4%，組合分析分別降低8.53%、13.4%）。2027M/M、2041M/M、2096M/M基因型菵草營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的主要生長(zhǎng)參數(shù)較各自對(duì)應(yīng)的野生型均無(wú)明顯差異。
　　8.盆栽競(jìng)爭(zhēng)試驗(yàn)表明：在小麥競(jìng)爭(zhēng)條件下，2027M/M基因型菵草結(jié)種量較2027W/W基因型顯著降低，最高降低66.6%，但生物量無(wú)顯著性差異；2078M/M基因型菵草結(jié)種量、生物量較2078W/W均顯著

11、降低，結(jié)種量最高降低41.3%，生物量最高降低39.7%；1781M/M基因型菵草在低水平競(jìng)爭(zhēng)壓力下結(jié)種量降低12.2~14.9%，但生物量卻升高10.9~18.1%；2041M/M、2096M/M基因型菵草結(jié)種量及生物量較各自對(duì)應(yīng)的野生基因型菵草均無(wú)明顯差異。
　　9.田間競(jìng)爭(zhēng)試驗(yàn)表明：2027M/M基因型菵草結(jié)種量較2027W/W基因型減少20%，而株高及生物量無(wú)顯著變化；2078M/M基因型菵草植株生物量、結(jié)種量、株高較20

12、78W/W降低20%~30%，雖然2041M/M基因型菵草生物量積累較2041W/W基因型減少12.5%，但結(jié)種量無(wú)顯著差異。
　　10.低溫、干旱脅迫試驗(yàn)表明：2078M/M基因型菵草在低溫處理時(shí)SOD、CAT活性較其對(duì)應(yīng)的野生基因型菵草降低約10%，干旱脅迫下CAT活性較野生型降低約9%；1781M/M、2027M/M、2041M/M、2096M/M基因型菵草在低溫、干旱條件下保護(hù)酶活性較各自野生基因型菵草基本無(wú)變化。

13、　　本研究初步明確了菵草質(zhì)體ACCase基因突變引起的抗性水平及適合度變化。Ile1781Leu、Trp2027Cys、Ile2041Asn、Asp2078Gly、Gly2096Ala純合突變均能引起菵草對(duì)ACCase抑制劑類除草劑的普遍抗性。質(zhì)體ACCase基因突變引起的菵草適合度變化存在多樣性，Asp2078Gly突變導(dǎo)致的菵草適合度的顯著降低可能會(huì)影響該抗性基因在田間的傳播，Trp2027Cys突變引起的輕微的適合度降低可能會(huì)對(duì)該