近日，湖南农业大学杂草生物学及安全防控重点实验室柏连阳院士研究团队在稗草对除草剂代谢抗性机理研究方面取得新进展，该研究鉴定出稗草代谢抗除草剂主效基因CYP81A68，转基因验证该基因的功能并确定其交互抗性模式，鉴定出除草剂五氟磺草胺的代谢产物，确认了甲基化差异存在于CYP81A68启动子的功能增强区域并导致基因的高表达，研究结果为稗草对除草剂的代谢抗性及其转录调控机制提供新视野。

       稗草是世界性恶性杂草，也被列为我国农田15种危害严重的杂草之首。目前，防范该杂草主要依靠化学除草剂，五氟磺草胺自其投入市场以来，在防治稗草方面起到了重要作用。但随着使用年限的增加，我国常见稗草（Echinochloa crus-galli）已对五氟磺草胺产生抗药性，并呈现不断扩大的趋势，五氟磺草胺现已无法控制多个省份的稻田稗草。代谢抗性是指杂草自身对除草剂的解毒能力增强而引起的抗性，特点在于抗性进化快、易产生广谱抗性，能对多种不同作用机制甚至从未使用过的新除草剂产生抗性。代谢抗性是最重要的非靶标抗性机理，目前研究进展缓慢，我国常见稗草（E. crus-galli）对五氟磺草胺的代谢抗性机理研究较少，且未鉴定出具体代谢抗性基因。

       该研究将田间采回的抗五氟磺草胺稗草用稻田常用除草剂进行敏感性测定，发现抗性稗草对氰氟草酯和噁唑酰草胺也产生了不同程度的抗性。使用P450抑制剂结合代谢差异检测发现该抗性稗草存在代谢抗性，进一步利用RNA-seq鉴定出抗性稗草中表达量明显高于敏感稗草的CYP81A68基因。过表达该基因可导致转基因水稻对五氟磺草胺、氰氟草酯和噁唑酰草胺均产生抗性，这一抗性模式与抗性稗草完全一致，说明抗性稗草CYP81A68基因的过量表达正是抗性产生的主要原因。过表达稗草CYP81A68基因的转基因水稻中，五氟磺草胺的代谢差异也与抗性稗草中一致，代谢产物质谱鉴定为C端去甲基产物。分析抗敏稗草CYP81A68启动子部分的差异，发现抗性和敏感稗草在功能增强区域存在CG甲基化差异，说明启动子甲基化在调节抗性稗草CYP81A68基因过量表达中发挥重要作用。该分子机理的揭示对应用遗传手段逆转杂草对除草剂的抗药性提供了理论支撑，也为其它抗除草剂杂草的代谢机理研究提供了重要借鉴。

稗草CYP81A68参与代谢五氟磺草胺（PX）的机制

       相关研究结果以“CYP81A68 confers metabolic resistance to ALS and ACCase-inhibiting herbicides and its epigenetic regulation in Echinochloa crus-galli”为题，发表在国际著名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区TOP，影响因子10.588）。湖南农业大学潘浪教授为该论文的第一作者，湖南农业大学博士生导师、杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室主任柏连阳院士为通讯作者，澳大利亚西澳大学余勤教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家产业技术体系、湖湘青年英才、湖南省优秀青年等项目的资助。

       原文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422000139