2023年9月1日，中国科学技术大学向成斌教授团队在Molecular Plant上发表了题为Loss of OsARF18 function confers glufosinate resistance in rice的简讯文章,揭示了水稻OsARF18负调控草铵膦抗性的分子机制。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.08.016
杂草侵害是一种常见的造成作物严重减产的生物胁迫，杂草不仅竞争阳光、水分、营养和生长空间等资源，同时也可作为病虫害的宿主，影响作物产量与食品安全。化学除草是目前最为经济有效防控杂草的方式之一，但除草剂使用不当容易损害作物，造成减产。因此，培育抗除草剂作物对缓解杂草侵害、维持可持续生产具有重要意义。
草铵膦是全球应用最广泛的非选择性除草剂之一，具有广谱、高效以及不易产生抗药性等特点。目前，作物获得草铵膦抗性的方式主要包括以下两种：其一，通过转入外源BAR基因或PAT基因获得抗性(Wehrmann et al., 1996)；其二，通过改造草铵膦作用靶点谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, 简称GS），降低或阻断草铵膦与GS作用位点的结合，或者提高GS活性，增强草铵膦抗性(James et al., 2018; Yan et al., 2021)。而植物体内是否还存在其他草铵膦抗性机制并不清楚。
为进一步挖掘草铵膦抗性基因，作者通过筛选水稻EMS诱变突变体库获得了多个草铵膦抗性突变体。通过基因组重测序和关联分析，发现gar1-1突变体草铵膦抗性表型是由生长素响应因子（Auxin response factor，简称ARF）家族成员ARF18基因编码区第1133位发生G-A的核苷酸突变导致，该位点突变导致蛋白翻译提前终止。同时，应用多个基因敲除等位突变体验证了OsARF18基因功能缺失导致草铵膦抗性。研究发现，OsARF18转录因子能够通过结合到OsGS1;1和OsGS2基因启动子上，负调控GS基因的表达，从而调控草铵膦抗性。此外，作者也发现OsARF18基因功能缺失能够增强水稻对盐胁迫以及PEG4000模拟干旱胁迫的耐受，与之前报道的结果一致(Deng et al., 2022)。
综上所述，研究表明水稻OsARF18是一个通过负调控水稻GS基因介导草铵膦抗性的负调控因子，同时OsARF18也是介导耐盐和PEG4000模拟的干旱胁迫的负调控因子。
中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心的博士后夏金球和中国科学技术大学生命科学与医学部的博士研究生何大宇为本论文的共同第一作者；中国科学技术大学生命科学医学部向成斌教授和特任副研究员赵娉霞为本论文的共同通讯作者。
该研究得到了安徽省科技重大专项基金、中国科学院先导A基金以及中国博士后科学基金的资助。
References
Deng, P., Jing, W., Cao, C., Sun, M., Chi, W., Zhao, S., Dai, J., Shi, X., Wu, Q., Zhang, B., et al. (2022). Transcriptional repressor RST1 controls salt tolerance and grain yield in rice by regulating gene expression of asparagine synthetase. Proc Natl Acad Sci U S A 119:e2210338119. 10.1073/pnas.2210338119.
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Wehrmann, A., Vliet, A.V., Opsomer, C., Botterman, J., and Schulz, A. (1996). The similarities of bar and pat gene products make them equally applicable for plant engineers. Nature Biotechnology 14:1274-1278. 10.1038/nbt1096-1274.
Yan, D., Ren, B., Liu, L., Yan, F., Li, S., Wang, G., Sun, W., Zhou, X., and Zhou, H. (2021). High-efficiency and multiplex adenine base editing in plants using new TadA variants. Mol Plant 10.1016/j.molp.2021.02.007.
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