近日，中國農業科學院生物技術研究所郭三堆、張銳研究員領銜的科研團隊成功培育出高抗低殘留抗草甘膦除草劑棉花新品系，為我國棉田雜草防治的機械化水平提升和降低棉花生產成本提供了可能。相關研究成果近期在線發表于植物生物技術領域國際權威期刊《植物生物技術雜志（Plant Biotechnology Journal）》上 。
雜草不僅和農作物存在水、肥、光和空間等競爭，而且易滋生病蟲害，嚴重影響作物生長發育，造成產量降低、品質下降，因此雜草防治成為農業生產中的重要環節。我國農田的主要雜草超過250種，分布面積達4000多萬公頃，其中1000多萬公頃農田受害嚴重。我國平均每年因草害造成作物減產約13%，直接經濟損失占農作物總產值的10%-20%。草甘膦自1971年誕生以來，已成為全世界第一大除草劑，是玉米、大豆和棉花等作物最主要的除草劑。然而，與美國等發達國家相比，我國轉基因抗草甘膦作物的研究和應用嚴重滯后。
生物所科研團隊將從草甘膦嚴重污染土壤微生物中克隆到的兩個關鍵的抗草甘膦基因GR79 EPSPS和GAT進行植物偏愛性密碼子改造，構建僅含GR79 EPSPS或GAT單基因和同時含有雙基因的植物表達載體。結果發現，轉基因煙草同時表達GR79 EPSPS和GAT基因對草甘膦的抗性顯著高于GR79 EPSPS或GAT單基因煙草。進一步利用農桿菌介導法將GR79 EPSPS-GAT雙基因載體轉化棉花，利用多種分子檢測手段，獲得含有一個和兩個EPSPS-GAT表達盒插入的轉基因棉花GGCO2和GGCO5，且GR79 EPSPS和GAT基因在轉錄和翻譯水平均高表達。濃度耐受性測定表明，GGCO轉基因棉花在田間可耐受5倍于生產用草甘膦除草劑的濃度，而且生長發育和農藝性狀不受影響。更重要的是，由于GAT可以快速乙酰化草甘膦次級胺基團，生成對植物和動物無毒的乙酰草甘膦，因此噴施草甘膦5天后，與GR79 EPSPS單基因抗草甘膦棉花相比，GGCO雙基因棉花草甘膦殘留量降低了81%-89%。
田間測算結果表明，與傳統的利用栽培措施除草相比，種植GGCO轉基因棉花每畝可節約成本150-200元，顯著降低了棉花的生產成本。目前，GGCO2和多個抗蟲棉配組獲得40多個抗蟲和抗草甘膦雙抗新品系，為我國抗除草劑棉花新品種的培育提供了豐富的種質資源。因此，新型的高抗低殘留抗草甘膦棉花產品的成功研發有望為我國棉農提供一個管理田間雜草的新選擇，為擴展我國棉花育種技術平臺創造新機會，從而加快我國核心作物棉花的創新速度。
該研究得到了農業部國家轉基因重大專項和中國農科院科技創新工程的資助。生物所作物分子育種研究室中國農科院“青年英才計劃”(D類) 梁成真助理研究員和孫豹博士為文章共同第一作者，郭三堆研究員、張銳研究員和林敏研究員為共同通訊作者。
原文鏈接：
http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1467-7652/accepted
