杂草代谢抗性是指杂草对除草剂的解毒能力增强而引起的抗性。该类抗性的表型不易发现，抗性机制隐蔽、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，这些特点导致其对作物生产的威胁更大。目前杂草代谢抗性机理研究还较少，鲜有分子生物学层面的研究成果，其转录调控机理更是未见报道。

       近日，柏连阳院士团队在植物学经典期刊The Plant Journal在线发表了题为“Metabolic resistance to acetolactate synthase-inhibitors in Beckmannia syzigachne: Identification of CYP81Q32 and its transcription regulation”的研究论文，揭示了菵草P450基因BsCYP81Q32代谢甲基二磺隆的分子机制，并解析了菵草转录因子BsTGAL6对BsCYP81Q32的转录调控机制。

       菵草是禾本科杂草，在我国油菜田、小麦田和稻麦轮作田危害严重，多个作物田常用除草剂对菵草的防治效果逐年下降，抗除草剂菵草已严重影响作物产量。前期有许多研究认为，菵草对除草剂的代谢抗性可能是由细胞色素P450基因家族参与的，但是对于菵草代谢抗性基因的挖掘进展非常缓慢。该研究成功鉴定到菵草中与除草剂甲基二磺隆代谢抗性相关基因BsCYP81Q32，过表达BsCYP81Q32基因可导致转基因水稻对ALS 抑制剂甲基二磺隆、嘧草醚及双草醚产生抗性。过表达菵草BsCYP81Q32基因的转基因水稻中，甲基二磺隆的代谢差异也与抗性菵草中一致，代谢产物质谱鉴定为去甲基产物，且去甲基产物的除草活性显著降低。为揭示BsCYP81Q32基因在抗性菵草种群中高表达的原因，进一步通过分子生物学和生化试验，证实了菵草转录因子BsTGAL6能结合到BsCYP81Q32启动子的关键区域并调控该基因的表达。抑制抗性菵草种群中BsTGAL6基因的表达，也会导致下游BsCYP81Q32基因的表达水平降低，进而导致其对甲基二磺隆的抗性水平显著下降。综上，该研究揭示了菵草BsCYP81Q32代谢甲基二磺隆的分子机制，并率先从菵草中鉴定出了可调控P450基因表达的转录因子，为杂草对除草剂的代谢抗性及其转录调控机制解析提供了新视野。

图1  菵草转录因子BsTGAL6调控BsCYP81Q32代谢甲基二磺隆的分子机制

       柏连阳院士团队的博士研究生王军志和贵州大学博士研究生连磊为论文共同第一作者，柏连阳院士、湖南农业大学潘浪教授和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重点项目、国家产业技术体系、湖湘青年英才、湖南省优秀青年科学基金等项目的资助。

       论文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.16227