PNAS | 稳定的遗传变异加速黑草进化过程以快速获得除草剂抗性

黑草又名大穗看麦娘 (Alopecurus myosuroides)是温带作物最主要的生存竞争对手，它给欧洲带来了巨大的经济损失，仅在英格兰黑草每年将导致约4亿英镑的经济损失。农田内广泛且频繁使用除草剂将趋向选择具有除草剂抗性的杂草，这种无意识的选择压力对研究植物快速进化以适应多变的环境提供了非常有利的条件。近日霍恩海姆大学的Fernando A. Rabanal 团队在PNAS上发表了名为“Standing genetic variation fuels rapid evolution of herbicide resistance in blackgrass”的研究性文章，该文章分析了黑草如何快速进化获得除草剂抗性以适应环境。

杂草有两种抗性机制，第一种是靶位点抗性(TSR)，可能是由于编码序列发生了变异或者增加了抗除草剂基因的数目。第二种是非靶位点抗性(NTSR)，这和增强代谢过程相关，比如除草剂解毒过程等。相比于其它杂草TSR在黑草中增加速度更快，从而导致两个主要结合除草剂的基因ALS和ACCase失去于除草剂结合的活性，从而获得抗性。作者为了更深入的了解黑草快速获得抗性的进化过程，利用PacBio技术组装了一个染色体级别的黑草基因组，为研究黑草的群体结构及其适应性进化过程，作者对九个欧洲国家使用抗除草剂的农场中的44个群体中1123份材料进行了ddRAD-Seq (double-digest restriction-site associated DNA)。并构建了ALS和ACCase单倍型网络。对于黑草抗性相关的一个主要的问题是除草剂耐药性抗性是早已存在还是经过强大的选择压力后生成的新的位点？针对于此，作者使用Hermisson和Pennings公式模拟了稳定遗传变异和新生成突变，研究表明遗传变异是黑草适应除草剂抗性主要的策略。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2206808120#bibliography

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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