PFK基因在抗草甘膦牛筋草中的表达特征及其功能验证

Goosegrass (Eleusine indica) is one of the worst weeds and distributed widely in China. Glyphosate is a kind of excellent non-selective herbicide which can control goosegrass effectively. However, intensive use of the glyphosate has resulted in the evolution of glyphosate-resistance (GR) goosegrass in China. It’s important to study the resistant mechanism for controlling the goosegrass and the rational applying of glyphosate. This study was used the technology of molecular biology and biochemistry to clear the mechanisms of GR goosegrass caused by PFK gene. The main methods include gene cloning to analyse the sequence characteristics, function identification, expression characteristics of PFK, and relationship between PFK gene expression and the resistant level. The results can clarify the mechanism of GR goosegrass, and provide theory basis for the goosegrass control and the rational use of glyphosate.

牛筋草(Eleusine indica)是一种恶性杂草，在我国危害严重。草甘膦是一种优良的灭生性除草剂，可以有效防除牛筋草。由于草甘膦的长期单一使用，牛筋草对草甘膦的抗性问题在我国日趋严重。研究其抗性机制对于牛筋草的防除及草甘膦的合理利用具有重要意义。本研究以重要的抗性相关基因PFK为对象，利用分子生物学，生物化学等试验手段，系统研究PFK基因使牛筋草对草甘膦产生抗性的分子机制。主要对牛筋草PFK基因进行克隆和功能鉴定，PFK基因的时空表达特性，以及PFK基因的表达量与牛筋草对草甘膦抗性程度的关系等方面进行研究。揭示PFK基因引起牛筋草对草甘膦抗性的分子机制。研究结果不仅可以阐明牛筋草对草甘膦的抗性机制，而且能为牛筋草的防除以及草甘膦的合理使用提供依据。

牛筋草（Eleusine indica (L.) Gaertn.）是一种分布广泛的恶性杂草。草甘膦是一种优良的灭生性除草剂。在我国常年、高频施用草甘膦的地区，抗草甘膦牛筋草发生严重，造成较大经济损失。本研究以牛筋草中抗草甘膦相关基因PFK为对象，对其进行全长克隆，时空表达检测，以及PFK基因的表达量与抗性水平的关系等方面进行研究。结果发现PFK基因的全长为4921 bp，能编码551个氨基酸残基。在牛筋草不同生长阶段与不同组织中，基因eIF-4为筛选出的最稳定内参基因；而在草甘膦胁迫下，最稳定的内参基因为ALS；在三种除草剂共同处理下，最稳定的内参基因为eIF-4。PFK在抗性植株的叶片及茎部组织中的表达要显著高于敏感植株；PFK在抗性与敏感植株的根部组织中表达微弱。草甘膦处理后，PFK过量表达的植株体内莽草酸含量无显著变化，而敏感植株中的莽草酸含量则显著升高。磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在抗性植株中的含量也与PFK基因的相对拷贝数线性相关。PFK过量表达的大肠杆菌在含有70 mM草甘膦的培养基中可稳定生长，而含有空载体的菌株则生长受到抑制。在含有草甘膦的MS培养基中检测拟南芥的发芽率，发现草甘膦对PFK过量表达的拟南芥的GI50为67.8 mM，对野生型的GI50为24.3 mM。