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我科学家发现防控稻田杂草新机制

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  近日,中国水稻研究所和浙江大学合作揭示了稗草通过基因簇合成防御性次生代谢化合物,用于与水稻竞争和抵御稻田病菌的遗传机制,为水稻C4育种提供了一个重要基因遗传资源。该研究成果在线发表于《自然-通讯(Nature Communications)》。

  稻田稗草(E. crus-galli)被认为是全球最严重的杂草之一。稗草与水稻均属于禾本科,两者生长期、株型等生物学特性极为相似,为水田中最难防除的伴生性杂草。稻田除草目前主要依赖于化学除草剂。大量除草剂的使用不仅污染环境,还增加生产成本和稗草的抗药性。因此,选育具有抑制稗草作用的“绿色水稻”是减少化学除草剂使用的重要方式。

  植物化感作用是指植物向环境释放特定的防御性化学物质,从而影响邻近植物生长的效应。化感也是水稻和杂草互作的主要方式之一,水稻-稗草之间可以自身合成并释放化学物质来相互抑制生长。该研究表明,稗草可以合成异羟肟酸类次生代谢产物丁布(DIMBOA)的三个基因簇,具有抑制水稻生长的作用。同样,稗草还能合成次生代谢产物稻壳素(momilactone)的基因簇,具有抵御稻瘟菌等病菌生长能力。这是研究人员首次了解到稗草会利用基因簇的遗传机制合成这些化合物与水稻竞争,从而起化感作用。研究还发现细胞色素(CYP450)和谷胱甘肽巯基转移酶(GST)基因具有解毒功能,以非靶标抗性机制,直接参与杂草除草剂抗性的进化。利用化感作用进行杂草防控将是农业可持续发展的关键技术之一。

  该研究得到国家自然科学基金委的重点资助。水稻所郭龙彪研究员和浙江大学邱杰博士为论文共同第一作者,浙江大学樊龙江教授和湖南省农科院柏连阳研究员为共同通讯作者。(通讯员 陈鎏琰)

  

  文章连接:www.nature.com/articles/s41467-017-01067-5

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