PaperRSS文献速递: PNAS|定位于质膜的ABCC亚家族的ABC蛋白赋予草甘膦抗性
合成除草剂已被广泛使用了70多年，大大提高了农业效率。草甘膦[N-(磷酸甲基)甘氨酸]于1974年以“农达”(Roundup)的商标上市，已成为世界上使用最多的除草剂。它是一种对动物和人类低毒的后涌现、非选择性除草剂。虽然草甘膦在植物体内的代谢有限，但在土壤中的分解相对较快(1)。草甘膦作用缓慢的原因是它需要被运输到分生组织区域才能发挥作用。观察到植物经草甘膦处理后积累了大量的莽草酸，从而发现草甘膦抑制了5-烯醇丙酮酰基莽草酸-3磷酸合酶(EPSPS)，这是一种存在于植物质体中的莽草酸途径的酶(图1)(2)。EPSP被转化为chorismate，它是三种芳香氨基酸合成的中心代谢物。在引种20余年后，杂草对草甘膦无明显抗性。1996年，一种抗草甘膦转基因大豆(抗农达)被引入，它携带了一种对草甘膦不敏感的EPSPS的细菌基因编码。其他抗草甘膦除草剂的主要作物作物很快跟进，导致除草剂使用量的大幅增加(1,3)。这引起了人们对地面和地表水污染以及食品中残留现象的日益关注(4)。
世界上越来越多的杂草对草甘膦产生抗性(3，4).靶标(EPSPS)对草甘膦的不敏感可以追溯到酶的突变或通过基因扩增或增强表达产生的过度生产(图1)。突变的逐步进化(多达3个)增加了田间杂草抗性的严重程度。其他已知的机制导致…
摘要：
草甘膦是世界农业中使用最广泛的除草剂，并在许多情况下用于一般的植被控制。 对非常大的杂草植物种群进行全球且通常是密集的草甘膦选择，导致许多杂草物种种群中普遍存在草甘膦抗性进化。 本文，通过研究在西澳大利亚农田中进化出的抗草甘膦(GR)光头稗，我们鉴定了在GR植物中始终上调的ATP结合盒（ABC）转运蛋白（EcABCC8）。 当在转基因水稻中表达时，这种EcABCC8转运蛋白具有草甘膦抗性。 同样，使过表达EcABCC8直系同源基因的水稻，玉米和大豆对草甘膦具有抗性。 相反，CRISPR / Cas9介导的EcABCC8直系同源基因OsABCC8的敲除增加了水稻对草甘膦的敏感性。 在处理过的ABCC8转基因水稻植株和分离的叶原生质体中进行亚细胞定位分析和草甘膦细胞水平的定量分析，以及结构建模支持EcABCC8可能是将细胞质草甘膦挤出质外体的质膜定位转运蛋白，从而降低了细胞草甘膦的水平。 这是关于膜转运蛋白在草甘膦植物种中释放草甘膦的报道，其功能在作物植物种中很可能得到保留。
Glyphosate is the most widely used herbicide in world agriculture and for general vegetation control in a wide range of situations. Global and often intensive glyphosate selection of very large weedy plant populations has resulted in widespread glyphosate resistance evolution in populations of many weed species. Here, working with a glyphosate-resistant (GR) Echinochloa colona population that evolved in a Western Australia agricultural field, we identified an ATP-binding cassette (ABC) transporter (EcABCC8) that is consistently up-regulated in GR plants. When expressed in transgenic rice, this EcABCC8 transporter endowed glyphosate resistance. Equally, rice, maize, and soybean overexpressing the EcABCC8 ortholog genes were made resistant to glyphosate. Conversely, CRISPR/Cas9-mediated knockout of the EcABCC8 ortholog gene OsABCC8 increased rice susceptibility to glyphosate. Subcellular localization analysis and quantification of glyphosate cellular levels in treated ABCC8 transgenic rice plants and isolated leaf protoplasts as well as structural modeling support that EcABCC8 is likely a plasma membrane–localized transporter extruding cytoplasmic glyphosate to the apoplast, lowering the cellular glyphosate level. This is a report of a membrane transporter effluxing glyphosate in a GR plant species, and its function is likely conserved in crop plant species.
PNAS May 4, 2021 118 (18) e2104746118;
https://doi.org/10.1073/pnas.2104746118
文章AI原创；如有侵权请及时联系PaperRSS小编删除，转载请注明来源。
温馨提示：
为方便PaperRSS粉丝们科研、就业等话题交流。我们根据10多个专业方向（植物、医学、药学、人工智能、化学、物理、财经管理、体育等），特建立了30个国内外博士交流群。群成员来源欧美、日韩、新加坡、清华北大、中科院等全球名校。