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An ABCC-type transporter endowing glyphosate resistance in plants.
Proc Natl Acad Sci U S A · 2021 · 118 · PMID 33846264 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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글리포세이트는 전 세계 농업 및 광범위한 상황에서의 일반적인 식생 관리에 가장 널리 사용되는 제초제이다. 전 지구적이고 종종 집중적인 글리포세이트를 이용한 매우 큰 잡초 개체군에 대한 선택압은 많은 잡초 종의 개체군에서 광범위한 글리포세이트 내성 진화를 초래하였다. 본 연구에서는 서호주 농경지에서 진화한 글리포세이트 내성(GR) *Echinochloa colona* 개체군을 이용하여, GR 식물에서 지속적으로 상향 조절되는 ATP 결합 카세트(ABC) 수송체인 EcABCC8을 확인하였다. 이 EcABCC8 수송체를 형질전환 벼에 발현시켰을 때 글리포세이트 내성이 부여되었다. 마찬가지로, EcABCC8 상동 유전자를 과발현하는 벼, 옥수수 및 대두는 글리포세이트에 대한 내성을 갖게 되었다. 반대로, CRISPR/Cas9 매개로 EcABCC8 상동 유전자 OsABCC8을 녹아웃(knockout)시키면 벼의 글리포세이트 민감도가 증가하였다. 처리된 ABCC8 형질전환 벼 식물 및 분리된 잎 원형질체에서 글리포세이트 세포 수준에 대한 세포 내 위치 분석과 정량화, 그리고 구조적 모델링은 EcABCC8이 세포질의 글리포세이트를 아포플라스트로 배출하는 막막(plasma membrane-localized) 수송체이며, 이로 인해 세포 내 글리포세이트 수준을 낮추는 것으로 보임을 뒷받침한다. 본 연구는 GR 식물 종에서 글리포세이트를 배출하는 막 수송체에 대한 보고이며, 그 기능은 작물 식물 종에서 보존되어 있을 가능성이 높다.
ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is the most widely used herbicide in world agriculture and for general vegetation control in a wide range of situations. Global and often intensive glyphosate selection of very large weedy plant populations has resulted in widespread glyphosate resistance evolution in populations of many weed species. Here, working with a glyphosate-resistant (GR) Echinochloa colona population that evolved in a Western Australia agricultural field, we identified an ATP-binding cassette (ABC) transporter (EcABCC8) that is consistently up-regulated in GR plants. When expressed in transgenic rice, this EcABCC8 transporter endowed glyphosate resistance. Equally, rice, maize, and soybean overexpressing the EcABCC8 ortholog genes were made resistant to glyphosate. Conversely, CRISPR/Cas9-mediated knockout of the EcABCC8 ortholog gene OsABCC8 increased rice susceptibility to glyphosate. Subcellular localization analysis and quantification of glyphosate cellular levels in treated ABCC8 transgenic rice plants and isolated leaf protoplasts as well as structural modeling support that EcABCC8 is likely a plasma membrane-localized transporter extruding cytoplasmic glyphosate to the apoplast, lowering the cellular glyphosate level. This is a report of a membrane transporter effluxing glyphosate in a GR plant species, and its function is likely conserved in crop plant species.
저자Pan, L.; Yu, Q.; Wang, J.; Han, H.; Mao, L.; Nyporko, A.; Maguza, A.; Fan, L.; Bai, L.; Powles, S.
저널Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
권·호·쪽118(16)
PMID33846264
DOI10.1073/pnas.2100136118
MeSHATP-Binding Cassette Transporters; Cell Membrane; Echinochloa; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Membrane Transport Proteins; Oryza; Plant Leaves; Plant Weeds; Plants; Plants, Genetically Modified; Glycine max; Zea mays; Glyphosate
APA 7판
Pan, L., Yu, Q., Wang, J., Han, H., Mao, L., Nyporko, A., Maguza, A., Fan, L., Bai, L., & Powles, S. (2021). An ABCC-type transporter endowing glyphosate resistance in plants. Proc Natl Acad Sci U S A, 118(16). https://doi.org/10.1073/pnas.2100136118
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