TAP-IVS-EPSPS三突变介导的草甘膦抗性在无除草剂环境中存在适应性代价：从酶催化效率到生态竞争的分子机制解析

本研究揭示了杂草A. hybridus中新型EPSPS三突变（TAP-IVS）介导草甘膦抗性的双重适应性代价：在无除草剂环境中，该突变导致EPSPS酶催化效率降低0.3倍（生化代价），且在生态竞争条件下显著削弱植株适合度（生态代价），为抗性突变进化轨迹预测提供了关键依据。

　　

Highlight

在无草甘膦选择压力的环境中，杂草Amaranthus hybridus通过EPSPS基因TAP-IVS三突变（T102I+A103V+P106S）获得的草甘膦抗性需付出双重代价：该突变使转化大肠杆菌的EPSPS催化效率降低0.3倍（生化层面），且在生态竞争中显著削弱植株高度、生物量和种子产量（生态层面）。

Plant height

无竞争环境下，抗性(R)与敏感(S1/S2)基因型植株前期株高无差异（约86 cm），但76天后敏感型S1株高达184 cm，显著高于R型（159 cm）。竞争条件下，R型株高较敏感型降低21%，凸显生态代价。

EPSPS catalytic efficiency

TAP-IVS突变使EPSPS酶对底物PEP的亲和力（K_m）增加1.8倍，催化速率（k_cat）降低1.5倍，最终导致催化效率（k_cat/K_m）下降0.3倍。这种"高效抗性-低效代谢"的权衡解释了其在自然种群中的低频率（仅1.6%）。

Conclusion

EPSPS三突变虽赋予A. hybridus超强草甘膦抗性，但其在酶活性和生态竞争中的显著代价，为预测抗性突变在农业景观中的动态分布提供了关键参数。