近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所離子束作物種質(zhì)創(chuàng)制研究團(tuán)隊(duì)在水稻抗除草劑（草銨膦）基因發(fā)掘和功能研究方面取得新的進(jìn)展。研究成果在線發(fā)表于植物科學(xué)領(lǐng)域Top期刊Plant Physiology上。

水稻抗除草劑種質(zhì)資源的創(chuàng)制和基因發(fā)掘利用是生物育種重要方向之一。草銨膦是一種廣譜、高效、環(huán)境友好的非選擇性除草劑，在全世界范圍內(nèi)廣泛使用。但目前在水稻中關(guān)于抗草銨膦內(nèi)源基因的報(bào)道甚少。科研團(tuán)隊(duì)前期通過離子束誘變創(chuàng)制了兩個具有草銨膦抗性的水稻突變體glr1和glr2。glr1突變體及其抗性機(jī)制研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在植物分子生物學(xué)領(lǐng)域Top期刊Plant Biotechnology Journal上。本研究揭示了glr2突變體的草銨膦抗性機(jī)制以及與GLR1基因之間的關(guān)系。

研究結(jié)果表明，與野生型相比，glr2突變體在草銨膦處理下表現(xiàn)出顯著的抗性（圖1）；圖位克隆和功能分析，顯示GLR2基因編碼了一個SPL家族的轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)受草銨膦誘導(dǎo)顯著上調(diào)；分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，GLR2能夠結(jié)合抗草銨膦基因GLR1的啟動子，激活GLR1的轉(zhuǎn)錄，從而參與水稻草銨膦抗性調(diào)控。此外，GLR2和GLR1在蛋白水平上具有相互作用，協(xié)同調(diào)控下游基因GS1的表達(dá)（圖2）。

值得注意的是，GLR1突變不僅賦予水稻草銨膦抗性，同時還提高了耐鹽性，對鹽堿地改造和提高土地利用率具有重要意義。基于GLR2對GLR1的調(diào)控作用，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了glr2突變體的耐鹽性，鹽脅迫處理實(shí)驗(yàn)顯示，glr2突變體在鹽脅迫條件下表現(xiàn)出顯著的耐鹽性（圖3），進(jìn)一步證明了GLR2-GLR1分子模塊在水稻對非生物脅迫中的廣譜耐逆性。

本研究為GLR2-GLR1分子模塊在調(diào)控水稻抗草銨膦抗性及耐鹽性的作用提供了新的見解。GLR2基因的挖掘及其與GLR1的協(xié)同調(diào)控機(jī)制，不僅豐富了對水稻草銨膦抗性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，也為耐逆性水稻分子設(shè)計(jì)育種提供重要的基因資源和理論支持。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院青促會、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。博士后程維民為論文的第一作者，葉亞峰副研究員、劉斌美研究員和中科院遺傳所傅向東研究員為共同通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae588

圖1 抗草銨膦水稻突變體篩選及驗(yàn)證

圖2 GLR2調(diào)控水稻抗草銨膦分子機(jī)制模型

圖3 glr2突變體具有明顯的耐鹽性