耐亚磷酸盐除草剂转基因油菜的创建和抗性评价

在油菜的生产过程中,大量伴生的杂草严重影响了其产量和品质。由于近年来田间抗除草剂杂草数量的增加,除草剂的选择正在迅速减少,这影响了未来农业的可持续发展。植物可以通过正磷酸盐(Pi)转运蛋白吸收亚磷酸盐(Phi),但Phi不能被代谢为作物的磷肥料,导致植物生长受到抑制。此前,从罗尔斯通菌属(Raltsonia sp.strain 4506)中分离出了ptxD(phosphite dehydrogenase)基因,其139位的酪氨酸突变为谷氨酰胺(Y139Q)的突变蛋白ptxD_(Q)催化Phi转化为Pi的活性显著提高。为了评价ptxD_(Q)/Phi系统对甘蓝型油菜杂草的防治效果,本研究获得了带有密码子优化的ptxD(Y139Q,ptxD_(Q))基因的转基因甘蓝型油菜。在以Phi为单一磷元素的条件下,ptxD_(Q)转基因油菜可以正常生长,体内Pi含量显著提高,且Pi饥饿响应基因(PT21和PT24等)的表达水平被显著抑制,说明ptxD_(Q)在油菜体内可以促使Phi转化为Pi。此外,ptxD_(Q)转基因油菜具有比野生型油菜和单子叶杂草(狗尾草)更强的生长竞争优势。综上所述,ptxD_(Q)/Phi是一种有效的油菜磷利用和杂草控制系统,既可以抑制杂草的生长,又可以为作物提供充足的Pi营养,从而提高了农业的可持续性。