农业生物技术学报

作者：柯达, 何云浩, 吴方, 曾玉兰, 华雨, 戴成, 吴高兵

单位：华中农业大学 植物科学技术学院,武汉 430070

关键词：甘蓝型油菜：草甘膦,抗除草剂,定向进化,5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶 (EPSPS),

基金：国家自然科学基金(31471452); 国家转基因生物新品种培育科技重大专项(2018ZX08009-06B)

草甘膦通过抑制植物5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(5-enolpyruvyl shikimate-3-phosphate synthase, EPSPS),无选择性地杀死绝大多数草本植物。通过转基因策略,将对草甘膦具有抗性的 EPSPS 酶编码基因转入作物,可培育耐草甘膦的作物。当前商业应用的抗草甘膦 EPSPS 主要来源于微生物,这种“跨界”的基因转移更容易引发人们对转基因安全的顾虑。因此,改造作物自身的 EPSPS 酶,进而利用内源基因培育耐除草剂作物,具有较大的应用价值。本研究通过构建甘蓝型油菜(Brassica napus) EPSPS 突变热点 (Hotspot)小型突变体文库, 进而筛选高抗草甘膦的突变体。结果显示, 获得了5个对除草剂抗性提高的突变体,其中突变体 mBnEPSPS 表现出最高的草甘膦抗性。相对于野生型 BnEPSPS,突变体催化常数 kcat 由 515/s 下降到 257/s,酶活下降了 50%。 草甘膦抑制动力学分析表明, 存在草甘膦时, mBnEPSPS 与 BnEPSPS 转换数 kcat(gly)分别为116/s和13/s,突变体对草甘膦的抗性提高了8.9倍。酶学性质分析表明突变基本不改变酶对植物细胞微环境的适应性。mBnEPSPS转入烟草 (Nicotiana benthamiana)后, 能够使烟草耐受5倍于商业推荐剂量的农达(41% 草甘膦异丙胺盐)处理, 这一结果表明 mBnEPSPS 具有较高的育种应用价值。本研究为通过转基因和基因编辑培育抗除草剂油菜提供了基因资源和理论指导。

来源：2023年第5期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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