田旋花对草甘膦靶标耐药性分子机制

There is native glyphosate tolerance field bindweed population in nature, which threating the field management and agricultural production, but its tolerance mechanism is still unclear. Previous studies showed that EPSPS site mutation or over-expression was one of major reason for glyphosate tolerance. This study focuses on glyphosate target EPSPS using advanced technology, such as molecular biology, physiological and biochemical, analytical chemistry, to explore the relationship between the EPSPS mutation and glyphosate tolerance by comparing the glyphosate tolerance level in different transgenic Arabidopsis, and explore EPSPS gene expression regulation mechanism by cloning and analysis of EPSPS promoter and related transcription factors. The work will provide innovative knowledge accumulation in illustrating field bindweed glyphosate target tolerance molecular mechanism, and supply the data to this malignant weed management.

自然界中存在着对草甘膦具有天然耐药性的田旋花种群，给农田管理和农业生产造成严重威胁，但其耐药性机制至今尚不明确。前期研究结果表明，草甘膦的靶标酶EPSPS突变或EPSPS基因的过量表达是产生耐药性的主要原因之一。本研究拟采用分子生物学、生理生化、分析化学等领域的先进技术，以草甘膦靶标EPSPS为主线，克隆不同田旋花种群的EPSPS基因并转化拟南芥，通过比较不同转EPSPS基因拟南芥的草甘膦耐受性，探讨基因突变位点与草甘膦耐药性的关系；通过克隆、分析EPSPS基因启动子和相关的转录因子，探讨田旋花EPSPS基因上调表达调控机制。为阐明田旋花对草甘膦靶标耐药性分子机制提供创新性的知识积累，最终为防除这一恶性杂草提供理论支撑。

研究了田旋花EPSPS基因的功能。将田旋花和打碗花EPSPS基因分别转化拟南芥后，转基因拟南芥对草甘膦耐受性无显著差异，表明田旋花EPSPS基因突变位点并不是导致田旋花对草甘膦天然耐受性的原因。.对田旋花EPSPS基因的表达调控模式进行了研究，结果显示草甘膦处理能导致EPSPS基因表达显著上调，而打碗花EPSPS基因表达差异不显著。进而克隆了田旋花和打碗花EPSPS基因的启动子，生物信息学分析比对发现，田旋花EPSPS基因的启动子（CaEPSPS-P）比打碗花EPSPS基因启动子（ChEPSPS-P）多3个CAAT-box和1个TC-rich repeats。.研究了EPSPS基因启动子的功能。转化拟南芥后，田旋花EPSPS基因启动子能响应草甘膦胁迫，而打碗花在草甘膦处理后EPSPS基因表达差异不显著。通过一系列研究，初步明确了草甘膦处理导致田旋花EPSPS基因表达上调是其对草甘膦耐药性的主要原因之一。.克隆了田旋花PFK基因并对其功能进行了研究。将克隆的田旋花PFK基因转化农杆菌，采用农杆菌侵染法转化拟南芥，得到6株转PFK基因拟南芥。选取3个阳性转PFK基因拟南芥品系，以野生型（WT）拟南芥为对照进行草甘膦耐药性试验。结果表明，草甘膦处理后，转PFK基因拟南芥和WT都不能正常萌发，说明两者对草甘膦的耐受性相似，PFK基因过表达不能导致转基因拟南芥草甘膦耐受性提高。PFK基因可能需要与其他基因或作用因子协同作用来增强植株对草甘膦耐受性。