塔里木大学农学院新引进青年教师以独立第一作者身份在植物科学权威期刊发表研究成果

近日，塔里木大学农学院新引进青年教师陈文以独立第一作者在植物科学权威期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“PfGSTF2 endows resistance to quizalofop-p-ethyl in Polypogon fugax by GSH conjugation”的研究论文，发现了一个全新的棒头草GST基因PfGSTF2，揭示了棒头草通过该基因催化谷胱甘肽（GSH）与精喹禾灵轭合解毒反应从而赋予抗性的代谢新机制。柏连阳院士、湖南农业大学潘浪教授和澳大利亚西澳大学余勤教授为共同通讯作者。

化学除草是农作物保产稳产的必要措施，然而随着除草剂长期大量的使用，杂草进化出除草剂抗药性是必然趋势，也是化学除草面临的全球性难题。解析杂草抗药性机制是治理抗除草剂杂草的关键，杂草代谢抗性是常见和重要的非靶标抗性机制，其抗性机制隐蔽且复杂，能对多种不同作用机制的除草剂产生抗性，严重威胁着全球粮食生产和粮食安全。目前，杂草代谢抗性分子机制的研究主要集中在细胞色素P450氧化酶上，鲜有涉及谷胱甘肽-S-转移酶（GST）参与的除草剂代谢机制。

杂草代谢抗性机制

棒头草是一年生禾本科杂草，在我国冬油菜田发生严重，防治棒头草主要依赖以精喹禾灵为主的化学除草剂，然而，精喹禾灵对多个油菜田棒头草种群的防治效果逐年降低。团队的前期研究发现，GST基因家族可能参与棒头草对除草剂的代谢抗性，但对具体GST候选基因的功能解析进展缓慢。

该研究成功鉴定棒头草抗除草剂精喹禾灵的主效代谢基因PfGSTF2，过表达PfGSTF2基因可使转基因水稻对ACCase抑制剂类除草剂（如精喹禾灵和高效氟吡甲禾灵）产生抗性，这一抗性模式与抗性棒头草完全一致。

通过利用CRISPR/Cas9敲除水稻PfGSTF2基因的同源基因，可提高其对精喹禾灵的敏感性。体外代谢和分子对接结果表明，PfGSTF2催化精喹禾灵主要活性产物喹禾灵酸与谷胱甘肽（GSH）轭合，生成除草活性显著降低的代谢产物PPA和GSH轭合物。同样，这两种代谢产物在抗性种群中的积累水平显著高于敏感种群。

此外，还发现PfGSTF2 依赖的谷胱甘肽过氧化物酶（GPOX）活性减轻了植物体内ROS的积累，从而降低细胞毒性，这也是导致棒头草抗精喹禾灵的一个因素。综合来看，该研究是杂草抗药性以及GST代谢抗性机制研究领域的重要进展，不仅丰富了杂草抗药性基础理论，而且对应用抑制剂逆转杂草对精喹禾灵的抗药性提供了理论依据，对作物的耐精喹禾灵遗传改良也具有重要指导价值。

抗性棒头草PfGSTF2基因代谢精喹禾灵的机制

陈文，2024年农学院A层次引进青年教师，研究领域为杂草抗药性与除草剂毒理学，师从柏连阳教授（中国工程院院士）和潘浪教授（教育部青年长江）。近5年共发表SCI论文9篇，累计影响因子52，其中以第一作者在Plant Biotechnology Journal、Ecotoxicology and Environmental Safety、Pest Management Science等中科院一区TOP级期刊发表论文4篇；主持省科创项目1项，参与国自然重点、省优秀青年等项目3项；申请国家发明专利2项；获得国家级奖励3项。

来源：塔里木大学农学院