抗除草剂等位基因对种子萌发的直接影响
植物学年鉴

抗除草剂等位基因对杂草种子萌发的影响

使耕地杂草能够在除草剂应用中存活下来的植物基因会对杂草的生命周期产生不同的影响。

https://www.botany.one/direct-effect-of-herbicide-resistance-alleles-on-seed-germination/

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抗除草剂等位基因对种子萌发的直接影响
抗除草剂等位基因对种子萌发的直接影响

农业生态系统中生长的杂草多为一年生杂草。 除了作物竞争外,杂草种群还受到旨在根除它们的强大人为干扰。 这些干扰可分为在作物播种之前或之后应用的农业实践。 土壤耕作或非作物选择性除草剂应用等预播种做法可消除早发芽的杂草幼苗。 在传统农业中,播种后实践主要包括作物选择性除草剂应用,以消除作物后发芽的杂草幼苗。 农业实践施加的选择压力促进了杂草种群适应性状的进化。 发芽在适应中起着重要作用,因为适当的发芽时间可以让幼苗避开播种前的操作,并在可能的最佳生长条件下出苗。 耐受除草剂作用的能力,即除草剂抗性,是另一个主要的适应性状。 这两个特性对于杂草在农业生态系统中的成功至关重要。

最近的一篇论文 Annals of Botany 检查除草剂抗性等位基因对禾本科杂草种子萌发动力学和幼苗出苗的影响 木豆 哈德斯。 (黑草)。 结果表明,与不同等位基因直接相关的多效性效应随等位基因的不同而显着变化,也可能随环境而变化。 有趣的是,这样的结果并不是植物独有的。 赋予蚊子相同适应性(杀虫剂抗性)的四个突变等位基因对冬季生存的有害影响 淡色库蚊 已被证明随等位基因而变化,并且在酵母中 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae), 对几个基因中的每一个单独研究了几个赋予杀菌剂抗性的突变等位基因的多效性。 因此,与抗性等位基因和环境相关的多效性变化可能是一个普遍规律。

Délye, C.、Menchari, Y.、Michel, S.、Cadet, É. 和 Le Corre, V. (2013) 对耕地杂草适应性进化的新见解:赋予除草剂抗性的突变也会影响发芽动态和幼苗出苗。 Annals of Botany 111(4):681-691。 DOI:10.1093/aob/mct018
农业对可耕杂草种群施加的选择压力促进了适应性状的进化。 发芽和出苗动态以及除草剂抗性是关键的适应性状。 除草剂抗性等位基因可以对杂草的生命周期产生多效性影响。 本研究调查了赋予除草剂抗性的三种乙酰辅酶 A 羧化酶 (ACCase) 等位基因对禾本科杂草生命周期的种子到植物部分的多效性影响 木豆. 在两个系列实验的每一个中,A. myosuroides 种群具有同质化的遗传背景并分离出独立产生的 Leu1781、Asn2041 或 Gly2078 ACCase 突变,用于比较含野生种子的发芽动力学、土壤中的存活率和幼苗出苗前生长型、杂合子和纯合子突变体 ACCase 胚胎。 Asn2041 ACCase 没有造成显着影响。 Gly2078 ACCase 的主要作用是种子萌发的共同加速(对于纯合子和杂合子突变体胚胎,达到 1% 发芽的时间 (T25) 分别减少 1·10 和 50·50 倍)。 在一系列实验中观察到针对纯合突变体胚胎的分离畸变或致死萌发的共同显性增加。 Leu1781 ACCase 的主要影响是种子萌发的共同显性延迟(纯合子和杂合突变体胚胎的 T1 分别增加 41·1 和 22·50 倍)与致命萌发的显着共同显性减少相关。 在当前的农业系统下,携带 Leu1781 或 Gly2078 ACCase 的植物具有由除草剂抗性赋予的适应性优势,这种优势分别通过对植物物候的直接多效性作用得到增强或抵消。 与赋予除草剂抗性的突变相关的多效性无疑在杂草种群的除草剂抗性进化动力学中发挥重要作用。 突变的 ACCase 等位基因也应证明有助于研究种子贮藏脂质在控制种子休眠和萌发中所起的作用。

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作者

AJ Cann

Alan Cann 是莱斯特大学生物科学学院的高级讲师,曾任 AoB 互联网咨询编辑。

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