W574L突变对花生AhALS同工酶的差异性除草剂抗性具有异构体特异性功能

《Pest Management Science》：Isoform-specific function underlies differential herbicide resistance of the W574L mutation in peanut AhALS isozymes

花生ALS基因功能分化及抗除草剂突变机制研究。通过鉴定AhALS1a、AhALS1b、AhALS2a和AhALS2b四个同源基因，发现W574L突变在AhALS1a、AhALS2a和AhALS1b中显著降低imazethapyr结合能力，赋予植株高抗性，而AhALS2b突变无效，揭示不同亚型功能分化特性。

　　

摘要

背景

花生（Arachis hypogaea）是一种重要的经济作物，单位面积的油产量很高；它被认为是生产优质食用油和各种加工食品的理想原料。杂草侵扰对花生种植构成了严峻挑战。尽管乙酰乳酸合酶（ALS）抑制剂草甘膦被广泛用于花生田的杂草控制，但它也会对作物产生显著的毒性。通过基因编辑开发抗草甘膦品种是一种有前景的可持续解决方案；然而，目前用于赋予花生高抗草甘膦性的有效基因编辑靶点仍然有限。植物对草甘膦的抗性主要源于目标基因ALS的突变。

结果

在这项研究中，我们在栽培花生中发现了四个同源性较高的AhALS基因（AhALS1a、AhALS1b、AhALS2a和AhALS2b）。重要的是，我们首次证明这四种AhALS蛋白都定位于叶绿体中。通过定点突变技术，我们在AhALS1a、AhALS2a、AhALS1b和AhALS2b的574位点引入了W574L突变。无论是培养皿实验还是整株植物实验都表明，表达AhALS2b-W574L的转基因拟南芥（Arabidopsis thaliana）仍然对草甘膦敏感。相比之下，表达AhALS1a-W574L、AhALS2a-W574L或AhALS1b-W574L的转基因植株表现出高度的抗草甘膦性。抗性AhALS异构体对草甘膦的结合能力降低是这些转基因植株抗草甘膦性的主要原因。此外，酶学和分子相互作用分析表明，AhALS2b中的W574L突变与其同源基因AhALS1b不同，并未降低其对草甘膦的结合亲和力，因此没有抗性。

结论

这表明花生中的ALS同工酶在功能上存在显著差异，相同的突变根据蛋白质结构的不同会导致不同的表型结果。因此，AhALS2b中的574位点不是一个有效的编辑靶点，这强调了开发抗草甘膦花生品种时需要进行针对特定同工酶的筛选。? 2026 化学工业协会。

利益冲突

作者们没有需要声明的利益冲突。所有合作者都审阅并同意了手稿的内容，且没有需要报告的财务利益关系。作者保证该论文是原创作品，目前未在其他任何出版物中接受审稿。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。