稗草对氰氟草酯代谢特性解析及抗性基因鉴定揭示非靶标抗性新机制

本研究针对稗草(Echinochloa crus-galli)对ACCase抑制剂类除草剂氰氟草酯(cyhalofop-butyl)的抗性问题，通过生物测定、代谢组学和转录组学分析，首次发现脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和水解酶基因上调参与非靶标抗性机制，为稻田抗性杂草治理提供新靶点。

　　

在稻田生态系统中，稗草(Echinochloa crus-galli)如同"绿色强盗"，每年造成全球水稻减产高达50%。面对这场旷日持久的"草稻战争"，人类最有力的武器——ACCase抑制剂类除草剂正逐渐失效。中国农业科学院的研究团队在《Pesticide Biochemistry and Physiology》发表的研究，揭开了稗草对抗氰氟草酯(cyhalofop-butyl)的分子"盔甲"。

研究采用整株生物测定法评估抗性水平，结合UPLC-MS/MS分析代谢动力学，通过转录组测序筛选差异表达基因，并利用qRT-PCR验证关键代谢基因。特别运用GST活性测定和抑制剂实验验证代谢通路功能。

【Cyhalofop-butyl resistance level】
抗性种群JS-R在105 g a.i. ha^-1
剂量下存活率显著，抗性指数达7.59倍。靶标酶ACCase基因测序排除靶标突变可能，暗示存在非靶标抗性(NTSR)机制。

【GST抑制剂逆转抗性】
当加入GST特异性抑制剂NBD-Cl后，抗性显著逆转，抑制率从25.96%提升至51.35%。GST酶活检测显示JS-R在处理后3-5天活性显著升高，揭示GST介导的代谢解毒关键作用。

【代谢动力学特征】
UPLC-MS/MS追踪发现：JS-R对氰氟草酯及其酸性代谢产物的清除速率是敏感种群YN-S的1.8倍，首次绘制出抗性稗草的完整代谢时间-浓度曲线。

【抗性基因图谱】
转录组分析鉴定出12个核心代谢基因：

• 转运系统：EcABCC8和EcABCG15表达量激增3.2-4.5倍
• 氧化代谢：CYP72A385和CYP81A68上调2.8-3.7倍
• 解毒系统：4个GST基因(包括GSTU23)表达量翻倍
• 新型抗性因子：DHAR和3种水解酶首次被发现参与除草剂抗性

这项研究如同破解了稗草的"抗性密码本"：不同于常见的靶标突变，JS-R种群进化出精密的"代谢流水线"——通过GST介导的共轭反应、P450催化的氧化反应，配合ABC转运蛋白的"分子泵"作用，将除草剂"加工"成无毒产物并排出体外。更值得注意的是，脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)这一传统抗氧化酶，竟被"改造"为抗性新武器，这种"基因工具的多效性"为理解杂草适应性进化提供了全新视角。

研究建立的"代谢抗性基因标签"可用于田间抗性早期诊断，发现的EcABCC8等关键基因为抗性治理提供了分子靶标。正如研究者所言："这不仅是对抗一种杂草的抗性，更是揭示植物在化学压力下展现的惊人进化创造力。"该成果为设计新型除草剂轮作方案和代谢抑制剂开发奠定了理论基础，对保障全球粮食安全具有战略意义。