双环磺草酮(BBC)是由日本SDS生物技术公司研发的β-三酮类除草剂。它通过抑制对羟苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD),影响质体醌的合成,再由质体醌对八氢番茄红素脱氢酶(PDS)作用,从而最终影响类胡萝卜素的生物合成,使叶片白化。BBC是用于防除水稻直播田和移栽田中杂草的广谱选择性除草剂,通过杂草的根和茎基部吸收,从而传输至整个植株,主要防除竹头草、莎草属、稗草、假稻、千金子、鸭舌草、眼子菜和萤蔺等一年生和多年生杂草。而且,BBC对一些磺酰脲类除草剂产生抗性的杂草有较好的除杀效果。
然而有一些水稻品种(甚至是高产品种)对BBC是敏感的,这在一定程度上降低了BBC等β-三酮类除草剂在稻田中的使用价值。解析水稻对BBC除草剂的抗感机理有助于提高敏感品种的抗性水平,扩大β-三酮类除草剂的使用范围。
以日本崎玉大学为首的研究团队利用BBC除草剂抗感品种构建的群体进行QTL分析,结果显示第二染色体存在一个对BBC除草剂敏感的单隐性位点HIS1(HPPD INHIBITOR SENSITIVE 1),该位点包含11个编码基因,其中Os02g0280700基因编码的蛋白含有Fe(Ⅱ)/2OG加氧酶(Fe(Ⅱ)/2-oxoglutarate-dependent oxygenases)结构域。在水稻敏感品种中,Os02g0280700基因因外显子区28bp的碱基缺失而失去功能。两个该基因的Tos17插入突变体对BBC除草剂也表现敏感,这证明了Os02g0280700(HIS1)基因是双环磺草酮、硝磺草酮、磺草酮等β-三酮类除草剂的抗性基因,Fe(Ⅱ)/2OG加氧酶蛋白通过催化β-三酮类化合物的羟基化解除其毒性。而敏感基因型HIS1起源于一个印度尼西亚的籼稻品种Peta。
HIS1基因的发现有助于通过分子育种手段培育新的β-三酮类除草剂抗性水稻品种,也能够通过异源表达的方式提高其他敏感作物的除草剂抗性。
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