近日,中国农科院生物技术研究所的林敏、张锐和郭三堆研究员领衔的科研团队在《Plant Biotechnology Journal》杂志上在线发表了题为“Co-expression of GR79 EPSPS and GAT yields herbicide-resistant cotton with low glyphosate residues”的研究论文,报道了该团队成功培育出了高抗低残留抗草甘膦除草剂棉花新品系。
杂草防治是农业生产中的重要环节。草甘膦是全球第一大除草剂,亦是玉米、大豆和棉花等作物最主要的除草剂。除草剂抗性是全球转基因作物中应用最广泛的一个性状。然而,与美国等发达国家相比,我国转基因抗草甘膦作物的研究和应用严重滞后。
该团队的研究人员从草甘膦严重污染土壤微生物中克隆到了两个关键的草甘膦抗性基因GR79 EPSPS和GAT,而后按照植物偏爱性密码子对其进行了改造,然后构建了仅含单基因(GR79 EPSPS或GAT)和同时含有双基因的植物表达载体。烟草中的初步结果显示:同时表达双基因的烟草植株对草甘膦的抗性显著高于仅表达单基因的烟草植株。随后利用农杆菌介导的遗传转化法将含有双基因的植物表达载体转化棉花,最终获得含有一个和两个GR79 EPSPS-GAT表达盒插入的转基因棉花株系GGCO2和GGCO5。转录和翻译水平上的分子检测显示目的基因GR79 EPSPS和GAT基因在这两个株系中均以高水平表达。草甘膦浓度耐受性测定表明,这两个转基因株系在田间可耐受5倍于生产用草甘膦除草剂的浓度,而且生长发育和农艺性状不受影响。更重要的是,由于GAT可以快速乙酰化草甘膦次级胺基团,生成对植物和动物无毒的乙酰草甘膦,因此喷施草甘膦5天后,与GR79 EPSPS单基因抗草甘膦棉花株系相比,转双基因棉花株系中的草甘膦残留量降低了81%-89%。
田间测算结果表明,与传统的利用栽培措施除草相比,种植GGCO转基因棉花每亩可节约成本150-200元,显著降低了棉花的生产成本。目前,GGCO2和多个抗虫棉配组获得40多个抗虫和抗草甘膦双抗新品系,为我国抗除草剂棉花新品种的培育提供了丰富的种质资源。
原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1467-7652/accepted