近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所郭三堆、張銳研究員領(lǐng)銜的科研團隊成功培育出高抗低殘留抗草甘膦除草劑棉花新品系，為我國棉田雜草防治的機械化水平提升和降低棉花生產(chǎn)成本提供了可能。相關(guān)研究成果近期在線發(fā)表于植物生物技術(shù)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上 。

 

      雜草不僅和農(nóng)作物存在水、肥、光和空間等競爭，而且易滋生病蟲害，嚴(yán)重影響作物生長發(fā)育，造成產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降，因此雜草防治成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。我國農(nóng)田的主要雜草超過250種，分布面積達(dá)4000多萬公頃，其中1000多萬公頃農(nóng)田受害嚴(yán)重。我國平均每年因草害造成作物減產(chǎn)約13%，直接經(jīng)濟損失占農(nóng)作物總產(chǎn)值的10%-20%。草甘膦自1971年誕生以來，已成為全世界第一大除草劑，是玉米、大豆和棉花等作物最主要的除草劑。然而，與美國等發(fā)達(dá)國家相比，我國轉(zhuǎn)基因抗草甘膦作物的研究和應(yīng)用嚴(yán)重滯后。

 

      生物所科研團隊將從草甘膦嚴(yán)重污染土壤微生物中克隆到的兩個關(guān)鍵的抗草甘膦基因GR79 EPSPS和GAT進行植物偏愛性密碼子改造，構(gòu)建僅含GR79 EPSPS或GAT單基因和同時含有雙基因的植物表達(dá)載體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草同時表達(dá)GR79 EPSPS和GAT基因?qū)Σ莞熟⒌目剐燥@著高于GR79 EPSPS或GAT單基因煙草。進一步利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將GR79 EPSPS-GAT雙基因載體轉(zhuǎn)化棉花，利用多種分子檢測手段，獲得含有一個和兩個EPSPS-GAT表達(dá)盒插入的轉(zhuǎn)基因棉花GGCO2和GGCO5，且GR79 EPSPS和GAT基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均高表達(dá)。濃度耐受性測定表明，GGCO轉(zhuǎn)基因棉花在田間可耐受5倍于生產(chǎn)用草甘膦除草劑的濃度，而且生長發(fā)育和農(nóng)藝性狀不受影響。更重要的是，由于GAT可以快速乙?；莞熟⒋渭壈坊鶊F，生成對植物和動物無毒的乙酰草甘膦，因此噴施草甘膦5天后，與GR79 EPSPS單基因抗草甘膦棉花相比，GGCO雙基因棉花草甘膦殘留量降低了81%-89%。

 

      田間測算結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的利用栽培措施除草相比，種植GGCO轉(zhuǎn)基因棉花每畝可節(jié)約成本150-200元，顯著降低了棉花的生產(chǎn)成本。目前，GGCO2和多個抗蟲棉配組獲得40多個抗蟲和抗草甘膦雙抗新品系，為我國抗除草劑棉花新品種的培育提供了豐富的種質(zhì)資源。因此，新型的高抗低殘留抗草甘膦棉花產(chǎn)品的成功研發(fā)有望為我國棉農(nóng)提供一個管理田間雜草的新選擇，為擴展我國棉花育種技術(shù)平臺創(chuàng)造新機會，從而加快我國核心作物棉花的創(chuàng)新速度。

 

      該研究得到了農(nóng)業(yè)部國家轉(zhuǎn)基因重大專項和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的資助。生物所作物分子育種研究室中國農(nóng)科院“青年英才計劃”(D類) 梁成真助理研究員和孫豹博士為文章共同第一作者，郭三堆研究員、張銳研究員和林敏研究員為共同通訊作者。

 

      原文鏈接：

 

      http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1467-7652/accepted