野慈姑对吡嘧磺隆抗性的分子机理

野慈姑是我国稻田危害最严重的杂草之一。以黑龙江稻田采集的野慈姑(Sagittaria trifolia Linn.)为研究对象,通过室内生物测定和分子克隆技术,对野慈姑的吡嘧磺隆抗性水平进行检测,并从靶标位点突变的角度解释抗性产生原因。结果表明,采自哈尔滨稻田的2个野慈姑种群N03及N06均为高抗种群,抗性达到4倍剂量以上。经比对2个抗性种群的靶标酶ALS基因发现,Pro197的脯氨酸分别被亮氨酸、丝氨酸取代,该位点的突变可能是野慈姑种群对磺酰脲类除草剂产生抗药性的主要原因。     

抗苄嘧磺隆野慈姑乙酰乳酸合成酶的突变研究

近年来,野慈姑Sagittaria trifolia L.在中国东北稻区发生和危害日趋严重,部分稻区使用苄嘧磺隆已无法有效防除该杂草。为了明确野慈姑抗药性发生的根本原因,本试验从分子水平上对野慈姑抗苄嘧磺隆的机理进行了研究。通过对抗药性(H4)和敏感性(S)野慈姑种群靶标酶乙酰乳酸合成酶(ALS)基因片段进行扩增和克隆,比较其DNA序列的差异,确定导致抗药性产生的ALS氨基酸突变位点。结果表明,与敏感性野慈姑ALS基因相比,H4种群第197位脯氨酸(Pro)突变为苏氨酸(Thr),该位点的突变可能是H4野慈姑种群对苄嘧磺隆产生抗药性的主要原因。ALS第197位Pro突变为Thr致使对苄嘧磺隆产生抗药性是第一次在野慈姑种群中报道。     

辽宁省稻田野慈姑对苄嘧磺隆的抗药性

为明确辽宁省不同稻田区野慈姑对苄嘧磺隆的抗性水平,整株测定了辽宁省大石桥(种群R1)、海城(种群R2)、苏家屯(种群R3)和开原(种群R4)共4个水稻产区野慈姑对苄嘧磺隆的抗性水平,并离体测定了各种群叶片体内乙酰乳酸合成酶(ALS)对苄嘧磺隆的敏感性。结果显示,种群R1和R2的抗药性相对较高,抗性指数分别为76.99和49.94,种群R3和R4抗性相对较低,抗性指数分别为12.48和16.91;离体测定结果表明较高水平的ALS活性可能与是否产生抗药性无关,种群R1、R2、R3、R4的抗性指数分别为81.86、67.48、10.56、24.86;抗药性程度依次为R1R2R4R3。表明4个水稻产区野慈姑对苄嘧磺隆均产生了抗药性,而其体内ALS活性降低可能是产生抗药性的原因之一。     

荠菜对乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂的抗性水平及其分子机制

为明确荠菜种群对苯磺隆的抗性水平及其靶标抗性产生的分子机制,采用整株水平测定法测定了荠菜对苯磺隆及其他5种乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂类除草剂的抗性水平,同时扩增和比对了荠菜抗性和敏感种群之间ALS基因的差异。结果显示:与敏感种群15-ZMD-1相比,抗性种群15-ZMD-5对苯磺隆产生了高水平抗性,抗性倍数为219.6;15-ZMD-5种群不同单株中共存在3种突变方式,分别为ALS基因197位点脯氨酸（CCT）突变为亮氨酸（CTT）、574位点色氨酸（TGG）突变为亮氨酸（TTG）以及单株同时发生上述197和574位点的氨基酸突变。15-ZMD-5抗苯磺隆种群对嘧草硫醚、啶磺草胺和氟唑磺隆均产生了高水平的交互抗性,抗性倍数分别为41.2、79.3和87.8;对双氟磺草胺和咪唑乙烟酸产生了低水平的交互抗性,抗性倍数分别为8.5和5.6。分析表明,荠菜抗性种群ALS基因发生的氨基酸突变可能是导致其对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的重要原因之一。     

黑龙江省部分地区水稻田萤蔺对丙嗪嘧磺隆的抗性水平及其分子抗性机制

正萤蔺Schoenoplectus juncoides是我国水稻田的主要恶性杂草,在黑龙江省发生普遍。除草剂丙嗪嘧磺隆杀草谱广,可用于水稻田内杂草防除。近些年,丙嗪嘧磺隆对黑龙江省部分萤蔺种群除草活性差,疑似萤蔺对其抗性水平逐渐升高,而ALS基因保守区的氨基酸突变是产生高水平抗性的重要原因。本研究拟利用生物测定法及分子生物学方法分析黑龙江省部分地区萤蔺种群对丙嗪嘧磺隆的抗性水平     

河南省麦田荠菜对苯磺隆的抗性及其交互抗性

为明确河南省荠菜Capsella bursa-pastoris种群对苯磺隆的抗性水平及其可能存在的抗性机理,应用整株法测定了采自驻马店及南阳等6个荠菜发生严重市的10个荠菜种群对苯磺隆的抗性,扩增和比对了荠菜苯磺隆抗性种群及敏感种群之间靶标酶乙酰乳酸合成酶基因ALS的差异,并使用单剂量法测定了以上种群对双氟磺草胺、啶磺草胺及氟唑磺隆等ALS抑制剂类除草剂的交互抗性。结果表明,驻马店市的汝南县冯湾村(ZMD-1)及平舆县五里路村(ZMD-3)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数分别为3.1和2.5,表现出低水平抗性;驻马店市汝南县赖楼村(ZMD-2)和周口市川汇区文庄村(ZK-1)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数分别为21.7和57.8,表现出高水平抗性;南阳市唐河县上屯村(NY-2)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数为116.5,表现出极高水平抗性,其它种群对苯磺隆仍然较敏感。NY-2、ZMD-2和ZK-1种群的ALS基因第197位氨基酸由脯氨酸(CCT)分别突变为丝氨酸(TCT)、丙氨酸(GCT)和亮氨酸(CTT),其它种群中均未发现有突变产生;这3个种群在氟唑磺隆推荐剂量处理下,死亡率仅为18.9%、23.3%和11.1%,说明已对氟唑磺隆产生了较高水平的交互抗性,其中NY-2种群对双氟磺草胺和啶磺草胺产生了低水平交互抗性,推荐剂量下死亡率分别为82.2%和83.1%。表明ALS基因突变很可能是导致荠菜种群对苯磺隆等ALS抑制剂类除草剂产生抗性的重要原因。     

多花水苋对苄嘧磺隆的抗性水平及靶标抗性机制

为明确水稻田杂草多花水苋Ammannia multiflora对乙酰乳酸合成酶 (ALS) 抑制剂类除草剂苄嘧磺隆的抗性水平和抗性分子机制,采用整株水平测定法,测定了采自江苏省扬州市田间的多花水苋疑似抗性种群 (YZ-R) 对苄嘧磺隆的抗性指数,并分析了YZ-R种群和相对敏感种群 (YZ-S)多花水苋ALS酶对苄嘧磺隆的敏感性差异,同时比较了YZ-R和YZ-S种群ALS基因的核苷酸序列差异。结果表明:YZ-R种群多花水苋对苄嘧磺隆已表现出高水平抗性,其抗性指数 (RI) 为40.6;苄嘧磺隆对YZ-R种群ALS酶活性的抑制中浓度 (I₅₀) 为0.087 μmol/L,对YZ-S种群的I₅₀值为0.0028 μmol/L,其抗性指数为31.1。通过PCR扩增获得了多花水苋ALS基因的部分序列,该序列包含了已报道的8个氨基酸突变位点。ALS基因序列比对分析发现,YZ-R种群多花水苋植株ALS基因第197 位氨基酸由脯氨酸 (CCT) 突变为丝氨酸 (TCT)。研究表明,ALS基因发生脯氨酸 (Pro)-197-丝氨酸 (Ser) 的突变,导致多花水苋ALS酶对苄嘧磺隆的敏感性下降,是多花水苋YZ-R种群对苄嘧磺隆产生高水平抗性的主要原因。     

江苏省不同地区猪殃殃种群对常用除草剂的敏感性差异

采用整株生测法测定采自江苏省不同地区的20个猪殃殃种群对麦田常用除草剂苯磺隆、苄嘧磺隆、二甲四氯钠、氯氟吡氧乙酸、唑草酮的敏感性差异。结果表明,苯磺隆处理后,20个种群中有12个种群的ED50值超过推荐剂量,对苯磺隆产生明显的抗性;12个抗苯磺隆种群中有10个种群对苄嘧磺隆产生交互抗性,4个种群对二甲四氯钠产生多抗性,但对氯氟吡氧乙酸、唑草酮敏感;抗乙酰乳酸合酶(ALS)抑制剂类除草剂的猪殃殃种群比例呈现苏南到苏北逐渐增加的趋势,苯磺隆和苄嘧磺隆间存在交互抗性,部分抗ALS种群对二甲四氯钠具有多抗性,但抗性种群均对氯氟吡氧乙酸、唑草酮敏感。     

抗精噁唑禾草灵和甲基二磺隆看麦娘ACCase和ALS基因突变

为明确看麦娘Alopecurus aequalis抗性种群YL的靶标抗性机制,采用基因克隆法对看麦娘抗性和敏感种群间乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)和乙酰乳酸合成酶(ALS)基因序列进行扩增、克隆和测序,比对二者ACCase和ALS基因序列的差异,探寻其产生抗药性突变的基因位点,同时测定该突变型抗性种群YL对不同ACCase和ALS抑制剂类除草剂的交互抗性。结果显示,与看麦娘敏感种群TL相比,抗性种群YL的ACCase基因CT区域第2 041位氨基酸由异亮氨酸(ATT)突变为天冬酰胺酸(AAT),ALS基因Domain A区域第197位氨基酸由脯氨酸(CCC)突变为精氨酸(CGC)。看麦娘抗性种群YL对ACCase抑制剂炔草酯产生了高水平抗性,抗性倍数为43.96,对高效氟吡甲禾灵和精喹禾灵产生了中等水平抗性,抗性倍数分别为18.33和15.87,对唑啉草酯、烯草酮和烯禾啶较敏感;对ALS抑制剂氟唑磺隆产生了低水平抗性,抗性倍数为8.39,对啶磺草胺和咪唑乙烟酸较敏感。表明ACCase基因第2 041位和ALS基因第197位氨基酸突变是导致看麦娘抗性种群YL对精噁唑禾草灵和甲基二磺隆同时产生抗性的重要原因之一。     

东北稻田野慈姑对苄嘧磺隆抗药性研究

为了明确东北不同稻田野慈姑(Sagittaria trifolia L.)对除草剂苄嘧磺隆的抗性水平,通过整株剂量反应和离体靶标酶活性差异测定了辽宁省、吉林省和黑龙江省11个野慈姑种群的抗性水平。结果表明,供试11个种群整株剂量测定结果均对苄嘧磺隆产生了高水平抗性,且2015—2016年供试种群的抗性水平未产生显著变化。其中,沈阳种群的抗性水平最高,2015年抗性指数为155.96,2016年抗性指数达161.54;离体ALS酶活性测定结果显示,舒兰种群和哈尔滨种群抗性指数(2015年分别为1.67和1.10,2016年分别为1.66和1.12)与敏感种群无显著差异,其他9个种群其抗性趋势与整株剂量反应结果相一致。数据还表明,ALS酶活性降低可能是使沈阳种群、榆树种群、绥化种群等9个野慈姑抗性种群产生抗药性的主要原因。     

Genetic diversity of sulfonylurea-resistant and -susceptible Monochoria vaginalis populations in Japan

Monochoria vaginalis is one of the most serious weeds of rice fields in Asia. The species is predominantly selfing. To reveal the potential for multiple mutational events, outcrossing and gene flow in the sulfonylurea‐resistant (SU‐R) M. vaginalis populations, we investigated (i) if each SU‐R population was a single SU‐R biotype or a mixture of several SU‐R biotypes using restriction analysis or direct sequencing of acetolacatate synthase (ALS) genes and (ii) genetic diversity of SU‐R and ‐susceptible (S) populations using amplified fragment length polymorphism (AFLP) analysis. Nineteen or 20 individuals were sampled from four SU‐R and five SU‐S populations respectively. Amino acid substitutions conferring resistance in the SU‐R populations were Pro₁₉₇Ser in the ALS1 or ALS3, or Asp₃₇₆Glu in the ALS1 and each SU‐R population was composed of a single SU‐R biotype. In cluster analysis each SU‐R individual formed a cluster, whereas the individuals from a SU‐S population belonged to different clusters. Some SU‐R populations showed polymorphic AFLP loci. The results indicated that these SU‐R biotypes emerged from a single mutational event and any gene flow of SU‐R genes from adjacent populations did not occur. A low level of outcrossing and recombinations of SU‐R genes occurred within some SU‐R populations of M. vaginalis.     

吉林狗尾草种群对烟嘧磺隆抗性水平和靶标抗性机理初探

为明确吉林省玉米田狗尾草Setaria viridis (L.) Beauv.对烟嘧磺隆的抗药性水平和抗性分子机理,测定了两个抗药性狗尾草种群R1、R2和一个敏感种群S对烟嘧磺隆的抗药水平,并检测了不同种群间乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)基因序列差异。结果显示:R1、R2种群抗药性指数分别为21.8和23.9。扩增狗尾草ALS基因序列发现,相较于敏感种群,R1种群在376位点由GAT突变为GAA,R2种群在376位点由GAT突变为GAG,两种突变均导致天冬氨酸替换为谷氨酸(Asp-376-Glu)。表明狗尾草R1和R2种群对烟嘧磺隆产生抗性是由于靶标ALS基因突变导致,研究结果为科学防控抗药性狗尾草种群提供了理论基础。     

Molecular basis of diverse responses to acetolactate synthase-inhibiting herbicides in sulfonylurea-resistant biotypes of Schoenoplectus juncoides

Sulfonylurea-resistant biotypes of Schoenoplectus juncoides were collected from Nakafurano, Shiwa, Matsuyama, and Yurihonjyo in Japan. All of the four biotypes showed resistance to bensulfuron-methyl and thifensulfuron-methyl in whole-plant experiments. The growth of the Nakafurano, Shiwa, and Matsuyama biotypes was inhibited by imazaquin-ammonium and bispyribac-sodium, whereas the Yurihonjyo biotype grew normally after treatment with these herbicides. The herbicide concentration required to inhibit the acetolactate synthase (ALS) enzyme by 50% (I₅₀), obtained using in vivo ALS assays, indicated that the four biotypes were > 10-fold more resistant to thifensulfuron-methyl than a susceptible biotype. The Nakafurano, Shiwa, and Matsuyama biotypes exhibited no or little resistance to imazaquin-ammonium, whereas the Yurihonjyo biotype exhibited 6700-fold resistance to the herbicide. The Nakafurano and Shiwa biotypes exhibited no resistance to bispyribac-sodium, but the Matsuyama biotype exhibited 21-fold resistance and the Yurihonjyo biotype exhibited 260-fold resistance to the herbicide. Two S. juncoides ALS genes (ALS1 and ALS2) were isolated and each was found to contain one intron and to encode an ALS protein of 645 amino acids. Sequencing of the ALS genes revealed an amino acid substitution at Pro₁₉₇ in either encoded protein (ALS1 or ALS2) in the biotypes from Nakafurano (Pro₁₉₇ → Ser₁₉₇), Shiwa (Pro₁₉₇ → His₁₉₇), and Matsuyama (Pro₁₉₇ → Leu₁₉₇). The ALS2 of the biotype from Yurihonjyo was found to contain a Trp₅₇₄ → Leu₅₇₄ substitution. The relationships between the responses to ALS-inhibiting herbicides and the amino acid substitutions, which are consistent with previous reports in other plants, indicate that the substitutions at Pro₁₉₇ and Trp₅₇₄ are the basis of the resistance to sulfonylureas in these S. juncoides biotypes.     

抗苄嘧磺隆雨久花乙酰乳酸合成酶突变的研究

本研究采用cDNA末端快速扩增技术(RACE)结合RT-PCR方法克隆抗苄嘧磺隆雨久花生物型和敏感性雨久花生物型乙酰乳酸合成酶(ALS)基因cDNA序列,并对测序结果进行比对分析。结果表明:与敏感性的雨久花ALS相比,公主岭(GZL)抗性生物型中第197位脯氨酸突变为组氨酸,第556位亮氨酸突变为苯丙氨酸;柳河(LH)抗性生物型中第358位天冬酰胺突变为天冬氨酸;磐石市(PS)抗性生物型中第525位缬氨酸突变为异亮氨酸。分析表明,高度保守区Domain A的第197位氨基酸残基的突变可能是导致公主岭稻区雨久花产生抗药性的主要原因之一,而其他抗性生物型抗性产生的原因有待进一步研究。     

河南省多花黑麦草对ACCase和ALS抑制剂的抗性及其靶标基因突变分析

为明确河南省部分地区的多花黑麦草Lolium multiflorum种群对乙酰辅酶A羧化酶（acetylCoA carboxylase,ACCase）和乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase,ALS）抑制剂类除草剂的抗性水平和抗性机理,采用整株生物测定法测定采自新乡市和驻马店市的多花黑麦草种群对ACCase抑制剂类除草剂精噁唑禾草灵、炔草酯、唑啉草酯和ALS抑制剂类除草剂甲基二磺隆、氟唑磺隆、啶磺草胺的抗性水平,并对多花黑麦草ACCase和ALS靶标酶编码基因进行克隆及氨基酸序列比对,分析其靶标抗性机理。结果显示,与多花黑麦草敏感种群HNXX01相比,HNZMD04和HNXX05种群对6种除草剂均产生了抗性,HNZMD04种群对精噁唑禾草灵和啶磺草胺的相对抗性倍数分别为44.65和40.31,对炔草酯和氟唑磺隆的相对抗性倍数分别为11.91和11.93;HNXX05种群对精噁唑禾草灵和氟唑磺隆的相对抗性倍数分别为27.70和25.67。HNZMD04和HNXX05抗性种群的ACCase基因均发生了D2078G突变,2个种群的突变率分别为55%和70%;HNZMD04...     

河南省部分地区麦田荠菜对苯磺隆的抗性水平及抗性靶标分子机制

为明确河南省部分地区麦田荠菜Capsella bursa-pastoris对苯磺隆的抗性水平及抗性靶标分子机制,采用整株生物法测定了12个荠菜种群的抗性水平,并对乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)离体活性和ALS基因突变进行了测定分析。结果表明,商丘市民权县花园村(MQ)、周口市西华县小于楼村(XH)、平顶山市叶县穆寨村(YX)、许昌市长葛市董庄村(CG)采集的荠菜种群对苯磺隆产生了较高的抗性,GR_(50)分别为129.14、110.67、62.91和85.29 g/hm~2,抗性倍数分别为215.23、184.45、104.85和142.15倍;ALS离体活性测定所得I_(50)分别为5.85、4.87、1.38和3.83μmol/L,抗性倍数分别为83.57、69.57、19.71和54.71倍;其余8个种群的GR_(50)在0.60~2.86 g/hm~2之间,抗性倍数在1.00~4.77之间;I_(50)在0.07~0.37μmol/L之间,抗性倍数在1.00~5.29之间。荠菜种群MQ、XH的ALS基因Domain A区域第197位脯氨酸(CCT)均突变为丝氨酸(TCT),荠菜种群CG的第197位脯氨酸(CCT)突变为亮氨酸(CTT),表明靶标ALS基因突变是荠菜对苯磺隆产生抗性的重要原因之一,但荠菜种群YX的ALS基因保守区内暂未发现突变位点,其抗药性可能由其它原因造成。