近日，綠色農(nóng)藥全國重點實驗室徐漢虹教授團(tuán)隊在The Plant Journal雜志（IF=7.2）上發(fā)表題為“The herbicide bensulfuron-methyl inhibits rice seedling development by blocking calcium ion flux in the OsCNGC12 channel”的研究論文（論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16418），該研究發(fā)現(xiàn)除草劑芐嘧磺隆作用于水稻鈣離子通道蛋白OsCNGC12并對其潛在的分子機(jī)制及應(yīng)用價值進(jìn)行了探究。

　　直播是水稻生產(chǎn)發(fā)展方向，其發(fā)展瓶頸是雜草防控。目前，直播稻田雜草防控最主要的措施是化學(xué)防治。種子包衣是一種可以防治苗期病蟲草害、省工省時的施藥技術(shù)。目前鮮見關(guān)于除草劑水稻種子包衣的安全性及對雜草防控效果的報道。基于水稻萌發(fā)期和苗期除草劑抗性探索除草劑種子包衣安全性及稻田雜草的防控效果，將為直播稻田雜草防控提供方案。

　　芐嘧磺隆屬于磺酰脲類除草劑，一般以噴灑或者撒施方式應(yīng)用于稻田雜草防控。由于不同水稻品種萌發(fā)期和苗期對芐嘧磺隆的敏感性差異大，在直播稻田中使用不當(dāng)容易引起藥害導(dǎo)致大面積減產(chǎn)，帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。該研究利用導(dǎo)向農(nóng)藥理念，失活關(guān)閉除草劑吸收轉(zhuǎn)運基因，賦予水稻品種除草劑抗性。

　　利用富集表達(dá)水稻膜蛋白基因的酵母文庫篩選到水稻芐嘧磺隆敏感基因OsCNGC12并發(fā)現(xiàn)其突變體株系oscngc12在幼苗期表現(xiàn)芐嘧磺隆抗性。基于轉(zhuǎn)運抗性探究了oscngc12突變體對芐嘧磺隆的抗性機(jī)制。結(jié)果表明，表達(dá)OsCNGC12基因的煙草及非洲爪蟾卵母細(xì)胞時可顯著提高對芐嘧磺隆的吸收量，而oscngc12突變體水稻降低了對芐嘧磺隆的吸收量及親和力。

　　結(jié)合CNGC家族作為非選擇性鈣離子通道的特性，使用非損傷微測技術(shù)（NMT）和爪蟾電生理實驗法分析了芐嘧磺隆對鈣離子通量的影響。結(jié)果表明，芐嘧磺隆處理影響了陽離子的通量，促使水稻根系鈣離子外排。OsCNGC12基因的缺失緩解芐嘧磺隆對陽離子通量的影響，從而保護(hù)了水稻幼苗期生長發(fā)育免受芐嘧磺隆抑制。對不同OsCNGC12基因型水稻種子進(jìn)行芐嘧磺隆包衣處理，保持雜草防除效果的同時，突變體株系生長發(fā)育明顯優(yōu)于野生型和突變體。

芐嘧磺隆處理下OsCNGC12基因型水稻根系陽離子通量變化

OsCNGC12基因的缺失賦予水稻幼苗期對芐嘧磺隆抗性的機(jī)制

　　該研究成果是綠色農(nóng)藥全國重點實驗室繼殺蟲劑噻蟲嗪轉(zhuǎn)運蛋白基因OsATL15成功克隆后，在導(dǎo)向農(nóng)藥研究方面的又一成果。從除草劑轉(zhuǎn)運抗性角度創(chuàng)制水稻除草劑抗性種質(zhì)資源，結(jié)合除草劑種子包衣處理，為直播稻田控草提供了輕簡施藥方案，拓展以農(nóng)藥高效利用為目標(biāo)性狀的水稻分子設(shè)計育種思路和種質(zhì)資源。

　　華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院農(nóng)藥學(xué)系碩士研究生郭雅婷和徐小慧為論文共同第一作者，林菲教授和徐漢虹教授為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金（32072451）、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)一流學(xué)科標(biāo)志性成果培育和廣東省植物重大災(zāi)害綜合防控共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊等項目的資助。

文圖/植物保護(hù)學(xué)院