通过LrGSTU181在Lolium rigidum中的过表达所赋予的二甲氯苯氧乙酸（Diclofop-methyl）抗性

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Diclofop-methyl resistance conferred by LrGSTU181 overexpression in Lolium rigidum

Lolium rigidum WALR70种群通过上调GST基因LrGSTU181介导对dingofop-methyl的代谢抗性，分子对接显示该蛋白与除草剂活性成分结合，并验证了代谢酶在非靶标位点抗性中的作用机制。

　　草地贪夜蛾（*Lolium rigidum*）是一种在全球农业经济中造成重大影响的杂草，其代谢抗性现象日益显著。此前的研究表明，澳大利亚的草地贪夜蛾种群（WALR70）对除草剂甲氧咪草醚（diclofop-methyl）表现出非靶点位抗性（NTSR）。本研究旨在探讨其抗性机制，发现WALR70种群中没有靶点位基因突变或过度表达的迹象，表明其抗性可能源于其他机制。通过分析，研究人员发现WALR70种群中*GST23*和*UGT79*基因显著上调，这些基因可能在代谢抗性中发挥作用。进一步的实验表明，*LrGSTU181*基因在转基因酵母细胞中表现出对甲氧咪草醚的增强耐受性，而在转基因水稻细胞中则表现出中等抗性。分子对接实验显示，*LrGSTU181*蛋白能够与甲氧咪草醚结合，表现出高亲和力。这一研究首次证明，tau类GST（*LrGSTU181*）在草地贪夜蛾中参与了甲氧咪草醚的抗性机制，拓展了对这种杂草代谢抗性的理解。

草地贪夜蛾对作物产量的威胁主要来自于其对养分的竞争。除草剂在农业中发挥着关键作用，通过有效控制杂草来保障作物的生长。草地贪夜蛾是一种重要的农业杂草，尤其在澳大利亚，其在严重条件下可导致作物产量损失超过50%。作为一种遗传变异性强、异花授粉的二倍体杂草，草地贪夜蛾表现出复杂的抗性特征。自1982年首次在南澳大利亚报告草地贪夜蛾对除草剂产生抗性以来，该物种已逐渐发展出对多种除草剂的抗性，包括草甘膦、抑制乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）和丙二酸合成酶（ALS）的除草剂。

抗性机制主要分为靶点位抗性（TSR）和非靶点位抗性（NTSR）。TSR通常由基因突变或过度表达引起，而NTSR则通常通过降低除草剂在靶点位的浓度来实现。代谢抗性是NTSR最常见的形式之一，能够使杂草对不同化学结构和作用靶点的除草剂产生抗性，并可能扩展到新的除草剂。细胞色素P450单加氧酶（P450s）、谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）和尿苷二磷酸葡萄糖转移酶（UGTs）等代谢酶常常与除草剂的代谢抗性相关。早期研究发现，GSTs在杂草中能够解毒除草剂，包括对阿特拉津（atrazine）和苯氧丙吡草醚（fenoxaprop-p-ethyl）的抗性。近年来，一些研究在揭示GST基因的抗性机制方面取得了进展，例如，*Alopecurus myosuroides*的GST基因（*AmGSTF1*）能够赋予杂草对多种除草剂的抗性。此外，*Echinochloa crus-galli*和*Digitaria sanguinalis*中的*EcGSTU23*和*DsGSTU1* GST基因也表现出对多种除草剂的抗性。在*Polypogon fugax*中，*PfGSTF2* GST基因能够通过裂解醚键解毒苯丙酸类除草剂，从而降低其毒性。在草地贪夜蛾中，GSTs能够催化吡氟磺草酮的谷胱甘肽结合反应，加速其代谢，而GST对吡氟磺草酮的活性与抗性水平呈正相关。此外，一些GST蛋白在草地贪夜蛾抗性植物中显著上调，体外实验也确认了其催化吡氟磺草酮-谷胱甘肽结合的能力。然而，这些GST酶机制并不是抗性的唯一决定因素。

本研究聚焦于来自澳大利亚西部的草地贪夜蛾种群WALR70，该种群表现出对草甘膦和甲氧咪草醚的抗性，可能源于代谢抗性。在本研究中，研究人员通过RNA测序技术识别了GST候选基因，并通过转基因酵母和水稻系统验证了这些基因的功能。实验结果显示，*LrGSTU181*基因在WALR70种群中表现出中等程度的抗性，可能负责该种群中观察到的甲氧咪草醚抗性。本研究旨在通过转录组学和异源表达系统，识别并验证负责WALR70种群对甲氧咪草醚抗性的特定GST基因。

研究中使用的植物材料和化学试剂包括WALR70种群，该种群是从澳大利亚西部收集的，并被用于多除草剂抗性的研究。该种群随后被纯化以去除对草甘膦的敏感个体，以便进行抗性基因的发现。在本研究中，纯化的WALR70亚种群被用于实验。敏感种群SVLR1则作为对照。研究中使用的甲氧咪草醚为技术级产品，纯度为97%，购自上海源叶生物科技有限公司。实验过程中，研究人员评估了不同剂量的甲氧咪草醚对WALR70和SVLR1种群的影响，并分析了GST抑制剂对这些种群抗性的影响。结果显示，WALR70种群对甲氧咪草醚的抗性较低，其GR50值分别为297（±29）g a.i. ha?1和515（±5）g a.i. ha?1，抗性因子为1.7。在田间推荐剂量750 g a.i. ha?1的条件下，WALR70种群表现出60%的鲜重抑制，而SVLR1种群则表现出100%的鲜重抑制。这些数据表明，WALR70种群的抗性水平可能低于原始种群，这种差异可能反映了在草甘膦选择压力下的遗传漂变或净化选择。

此外，研究人员对WALR70种群的ACCase基因进行了测序，并分析了其表达情况。结果表明，该种群的抗性可能涉及多种机制，包括靶点位和非靶点位抗性。通过进一步的实验，研究人员确认了*GST23*和*UGT79*基因在WALR70种群中的上调情况，并验证了这些基因在抗性中的作用。*LrGSTU181*基因在转基因酵母细胞中表现出对甲氧咪草醚的增强耐受性，而在转基因水稻细胞中则表现出中等抗性。这表明，*LrGSTU181*基因可能在草地贪夜蛾的代谢抗性中起到关键作用。同时，研究人员还发现，*LrGSTU181*基因在WALR70种群中显著上调，这可能与该种群对甲氧咪草醚的抗性有关。

本研究的发现为草地贪夜蛾的抗性机制提供了新的视角。通过转录组学和异源表达系统，研究人员首次确认了*LrGSTU181*基因在草地贪夜蛾中的作用，这不仅拓展了对代谢抗性的理解，也为未来抗性管理提供了新的思路。随着除草剂抗性的不断发展，研究这些抗性机制对于农业可持续发展至关重要。此外，本研究还强调了GST基因在除草剂抗性中的重要性，这为后续研究提供了基础。未来的研究可以进一步探索其他GST基因在除草剂抗性中的作用，以及这些基因如何与其他抗性机制相互作用。同时，研究还表明，抗性机制的复杂性使得单一基因的发现难以全面解释抗性现象，因此需要综合考虑多种因素。这些研究结果对于制定有效的抗性管理策略具有重要意义，有助于减少除草剂的使用，提高农业生产的可持续性。