代谢基因DsUGT84A1与靶点突变Pro197His/Ser协同介导播娘蒿对苯磺隆抗性的机制研究

本研究针对中国麦田入侵杂草播娘蒿（Descurainia sophia）对ALS抑制剂类除草剂苯磺隆的抗性机制展开。研究人员发现抗性种群具有35.20倍抗性指数，其机制涉及细胞色素P450代谢及ALS基因Pro197突变。首次鉴定出UGT基因DsUGT84A1通过增强代谢解毒与抗氧化调控介导抗性，为阔叶杂草抗性进化提供新见解。

　　

播娘蒿（Descurainia sophia）作为中国麦田入侵性杂草，对乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase, ALS）抑制剂类除草剂苯磺隆（tribenuron-methyl）产生了显著抗性。本研究通过整株生物测定发现，抗性种群（R）相比敏感种群（S）的抗性指数（resistance index, RI）高达35.20倍。使用细胞色素P450抑制剂马拉硫磷（malathion）处理可部分逆转抗性，表明存在代谢抗性机制。

靶点抗性（target-site resistance, TSR）分析显示，R种群ALS基因第197位脯氨酸（Pro）突变为组氨酸（His）或丝氨酸（Ser）。高效液相色谱（HPLC）分析进一步表明R种群具有更强的苯磺隆代谢能力。通过RNA测序和定量逆转录PCR（RT-qPCR）验证，发现三个P450基因（CYP96A15、CYP81F1、CYP734A1）和一个UDP-糖基转移酶（UGT）基因DsUGT84A1在R种群中上调表达。

将候选抗性基因异源表达于拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，发现过量表达DsUGT84A1的三株转基因系对苯磺隆抗性显著增强：当绿色荧光蛋白（GFP）对照组全部死亡时，转基因系鲜重仍保持在20%以上，充分证明DsUGT84A1在抗性中的关键作用。该基因可能不导致ALS抑制剂类除草剂的交叉抗性，而Pro¹⁹⁷His/Ser突变则可能与交叉抗性相关。

此外，过量表达DsUGT84A1的拟南芥中抗氧化相关基因上调，降低了活性氧（ROS）毒性水平。本研究首次在阔叶杂草中鉴定并功能验证了与除草剂抗性相关的UGT基因DsUGT84A1，深化了对杂草抗性进化机制的理解，尤其揭示了UGT基因在代谢解毒中的重要作用。