水稻作为全球最重要的粮食作物之一，在生产过程中一直遭受着杂草的侵害。以4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶（HPPD）为靶标的除草剂（如三酮类、异噁唑酮类和吡唑酮类）具有优秀的除草效果，能够有效控制对ALS、ACCase和EPSPS除草剂产生抗性的杂草，是今后应对杂草危害的重要工具。然而，多数水稻品种对这类除草剂的耐受性较差，导致该类除草剂在稻田的推广存在安全隐患，需要开发具有稳定抗性的水稻种质资源。

       近日，JIPB在线发表了江苏省农业科学院张保龙课题组题为“OsDNR1 as a key regulator of rice resistance to HPPD-inhibiting herbicides”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13962），揭示了OsDNR1在水稻对HPPD抑制剂类除草剂抗性中的关键作用。

图1  OsDNR1调控水稻对HPPD抑制剂类除草剂抗性的模式图

       该研究首先利用EMS诱变方法在镇稻18和金粳818水稻品种筛选到两个抗硝磺草酮 (三酮类) 除草剂突变体。MutMap分析发现，两个突变体的OsDNR1基因编码区突变与抗性表型高度关联，表明OsDNR1的功能缺失可能提升水稻对HPPD抑制剂类除草剂的抗性水平。随后，通过基因敲除和过表达实验表明，OsDNR1敲除系相较于野生型和过表达系对硝磺草酮的抗性有明显提升。此外，敲除系对其他HPPD抑制剂类除草剂，如环磺酮 (三酮类)、异噁唑草酮 (异噁唑酮类) 和苯唑草酮 (吡唑酮类) 均产生抗性，意味着敲除OsDNR1能够赋予水稻对HPPD抑制剂类除草剂的广谱抗性（图2）。

图2  OsDNR1调控HPPD抑制剂类除草剂抗性的功能验证和分子机制分析

       OsDNR1编码一种芳基氨基转移酶，能够将4-羟基苯丙酮酸（HPPA）转化为酪氨酸，同时，HPPA在HPPD蛋白的催化下合成尿黑酸（HGA）参与植物的生长发育，而HPPD抑制剂类除草剂通过阻碍HGA的合成来阻止植物的正常生长。为进一步探索敲除OsDNR1产生除草剂抗性的机制，该研究利用UHPLC-MS/MS技术对除草剂处理后不同株系中HPPA和HGA含量进行了检测，发现敲除OsDNR1导致了水稻中的HPPA含量显著积累，从而进一步提高了HGA含量（图2）。这种较高水平的HGA含量提升了水稻对HPPD抑制剂类除草剂的抵抗能力。此外，已有研究证实OsDNR1的敲除还能提高水稻对氮肥的利用率，这种双重作用为后续育种工作提供了良好的基因资源。

       海南大学在读博士生李阳为论文的第一作者，江苏省农业科学院张保龙研究员和侯晓冬助理研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金、三亚崖州湾科技城项目的资助。