近50个甜玉米和大田玉米品系发现新的除草剂遗传脆弱性
2021年，当一位甜玉米育种者联系报告除草剂甲苯吡咯酸造成的严重伤害时，马蒂·威廉姆斯(Marty Williams) 希望这是一种孤立于单一自交系的侥幸现象。但两年后，经过系统的田间、温室和基因测试，他的新 害虫管理科学 研究 不仅证实了 49 个甜玉米和大田玉米品系对甲苯丙酮酸的敏感性，但也揭示了可能更广泛地影响玉米的新遗传脆弱性。
Tolpyralate 是一种相对较新的 HPPD 抑制除草剂，适用于所有类型的玉米。通常，玉米通过表达 N1 基因，在 HPPD 抑制剂造成伤害之前对其进行解。带有突变 n1 等位基因的玉米品系可以表现出对 HPPD 抑制剂的敏感性，但在 Williams 测试的品系中，甲苯吡咯酸的情况并非如此。相反，他的研究表明对吡咯酸的敏感性完全与不同的基因有关，这解释了为什么在育种过程中既没有预料到也没有发现敏感性。
“对多种芽后除草剂的交叉敏感性，均与突变体 n1 等位基因有关，人们多年来一直了解这一点。育种者通常会使用嘧磺隆(一种 ALS 抑制剂)等产品进行筛选，因为它会识别(即杀)任何不耐受多种除草剂(包括大多数 HPPD 抑制剂)的近交品种，” 。 (ACES) -香槟 农业、消费者和环境科学学院，隶属于诺伊大学厄巴纳分校 ，农业部农业研究局生态学家，兼作物科学系副教授 Williams
2021 年的原始甜玉米品系已经用嘧磺隆进行了筛选，没有出现任何损伤，表明 N1 基因正在发挥其作用。预期甲苯吡咯酯会产生相同的结果是合理的，因为没有人报告这种新除草剂对作物造成重大损害。因此，当甲苯吡咯酸损伤出现时，饲养员感到困惑。
这一不寻常的案例促使威廉姆斯的团队开始在诺伊大学农场周围寻找漂白的白玉米——这是 HPPD 抑制剂损伤的迹象。
他们不需要打猎太久。
在高大的绿色玉米田中，到处都是发育不良、掉队的白人。研究小组联系了在农场周围进行试验的研究人员，以查明喷洒了什么。甲苯吡咯酯，每次。
面对这种看起来越来越不像侥幸的现象，威廉姆斯的团队开始进行田间和温室试验，以确定对甲苯吡酸敏感性的普遍程度。由于可以轻松访问甜玉米多样性小组，他们主要关注该群体。但他们还测试了一小部分田间玉米基因型。
通过适度的筛选，研究小组记录了 49 种甜玉米 (43) 和大田玉米 (6) 近交系遭受甲苯吡咯酸中度至重度损伤。重要的是，甜玉米(许多甜玉米杂交种的亲本系)中的糖增强子基因的来源是最敏感的基因型之一，这表明敏感性可能更广泛。
有趣的是，添加通常与 HPPD 抑制剂共同使用的莠去津和除草剂佐剂时，损伤更加严重。
“当我们将纯甲苯丙酮酸应用于敏感的甜玉米自交系时，作物看起来很好，”威廉姆斯说。 “但是当我们添加除草剂标签推荐的助剂——农作物油或甲基化种子油——时，我们得到了严重的漂白反应。当我们还添加阿特拉津(HPPD 抑制剂中常见的成分)时，植物亡率很快。”
威廉姆斯澄清说，仅仅从罐中取出佐剂是不可行的。它们可以提高杂草对除草剂的吸收，对于成功控制杂草至关重要。
“甲苯吡咯酯具有农艺优势，但显然如果它损害作物，它的效用就会有限，”威廉姆斯说。
越来越多的证据表明 n1 并不是甲苯吡咯酸盐敏感性的罪魁祸首，研究小组随后绘制了基因组图谱以找到罪魁祸首。
“利用原始敏感甜玉米品系绘制该性状图谱，我们将其范围缩小到 5 号染色体上靠近 N1 的区域。但它不是 N1，而且在我们确定的基因组区域中没有任何明显的东西可以轻松解释甲苯吡咯酸盐敏感性。因此，虽然我们已经绘制了该特征，但其生理机制仍然难以捉摸。”
威廉姆斯指出，需要更多的研究来了解甲苯吡咯酸敏感性的真相，无论是生理机制还是该性状在所有类型玉米中的普遍程度。他说，有潜力开发出能够识别敏感玉米品系的分子标记，这将有助于提高对甲苯吡咯酯的耐受性。
目前，他希望提高玉米育种者、种植者和化学公司对下一代 HPPD 抑制剂的认识，特别是因为这是三十多年来首次出现玉米除草剂基因脆弱性的事件。
Williams 说：“我们从这项研究中学到的知识可能不仅对甲苯吡咯酸本身有帮助，因为正在开发几种源自相同化学结构的新 HPPD 抑制剂。” “如果我们能避免将来出现更多问题，那就现在就做。”
这项研究“首次报告玉米(Zea mays)对甲苯吡酸严重敏感，发现了一种赋予作物对除草剂反应的新型遗传因素，”发表于 害虫管理科学 [DOI: 10.1002/ps.7896]。作者包括马蒂·威廉姆斯、尼古拉斯·豪斯曼、安娜·萨巴洛斯、克里斯托弗·兰道、马修·布鲁克斯、帕特·弗兰纳里、威廉·特雷西和查理·汤普森。
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