EPSPS酶活性位点改变与位置变化及相互作用能降低导致杂交苋草甘膦抗性的分子机制

本研究针对南美地区杂交苋（Amaranthus hybridus）草甘膦抗性蔓延问题，通过分子分析与蛋白建模技术，首次揭示巴西抗性生物型中EPSPS酶三重突变（TAP-IVS）、基因拷贝数增加（2倍）及表达量升高的协同作用机制，发现活性位点空腔缩小与相互作用能降低导致草甘膦结合不稳定，为抗性治理提供新靶点。

　　

在农业领域，草甘膦曾被誉为"万能除草剂"，但过度使用导致全球杂草抗性问题日益严峻。其中，杂交苋（Amaranthus hybridus）作为南美大豆田的恶性杂草，已进化出令人担忧的抗性水平。阿根廷早前报道的EPSPS酶三重突变（T102I/A103V/P106S，简称TAP-IVS）引起学界关注，而巴西近期发现的抗性生物型表现出更高耐药性（GR₅₀
达3316.46 g ai ha^-1
），暗示可能存在新机制。这种抗性蔓延将直接威胁全球粮食安全，亟需揭示其分子基础以制定精准防控策略。

来自巴西的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究中，选取巴西南部庞塔格罗萨地区的三个抗性生物型（R1-R3）与敏感型对照，采用基因测序、qPCR定量、蛋白同源建模和分子对接等技术，系统解析了抗性机制。

关键技术方法
研究通过PCR扩增EPSPS基因片段测序检测突变位点，qPCR分析基因拷贝数与表达量差异，并利用Swiss-Model构建野生型与突变型EPSPS三维模型，通过AutoDock Vina计算草甘膦结合能。样本来自田间采集的抗性生物型与15年未施药区的敏感型对照。

研究结果

1. 分子特征验证：所有抗性生物型均携带TAP-IVS三重突变，且为杂合状态，提示近期突变事件。首次发现新的同义突变，反映持续的选择压力。
2. 基因剂量效应：抗性生物型EPSPS拷贝数增至2倍，基因表达量显著升高，符合"基因扩增"抗性机制特征。
3. 结构生物学分析：突变导致EPSPS活性位点空腔体积缩小19%，关键氨基酸空间位置偏移。分子对接显示突变体与草甘膦结合能降低3.2 kcal/mol，显著削弱相互作用。

结论与意义
该研究首次证实巴西杂交苋抗性生物型通过"三重打击"策略逃避草甘膦抑制：TAP-IVS突变直接改变靶酶结构，基因扩增提升解毒能力，表达上调增强代谢补偿。蛋白模型揭示突变引发"分子盾牌"效应——活性位点空间重构与静电势改变共同阻碍草甘膦结合。这一发现为抗性早期诊断提供分子标记（如TAP-IVS基因型检测），并提示未来除草剂设计需规避突变热点区域。研究还警示抗性可能通过花粉扩散快速传播，亟需实施轮作除草与多靶点抑制剂联用的防控策略。