Aldo-keto reductase may contribute to glyphosate resistance in Lolium rigidum.
Pest Manag Sci · 2023 · 79:1528-1537 · PMID 36527683 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 저항성 잡초
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배경: 우리는 이전에 *Echinochloa colona*에서 유래한 알도-케토 환원효소(AKR)인 EcAKR4-1이 글리포세이트를 대사할 수 있으며 글리포세이트 내성을 부여함을 입증하였다. 본 연구는 *Lolium rigidum*의 다른 종에 존재하는 EcAKR4-1 상동 유전자들이 서호주의 비표적 기반, 글리포세이트 내성(R) *L. rigidum* 개체군에서 글리포세이트 내성에 관여하는지 조사하는 것을 목표로 하였다. 결과: EcAKR4-1에 상동인 전체 길이의 *L. rigidum* AKR 유전자(LrAKR4C10)와 별개의 LrAKR1이 글리포세이트 감수성(S) (*VLR1*) 및 세 가지 글리포세이트 R *L. rigidum* 개체군(*WALR50*, *WALR60*, 및 *WALR70*)의 식물로부터 클로닝되었다. 역전사 정량 중합효소 연쇄 반응(RT-qPCR) 결과, 두 LrAKR 유전자의 기저 발현 수준은 R 개체군과 S 개체군 간에 차이가 없었으나, R 개체군에서는 글리포세이트(최대 4.3배) 또는 2,4-D 처리(최대 3.4배)에 의해 그 발현이 유의하게 유도되었다. 각각 LrAKR4C10 및 LrAKR1로 형질전환된 *Escherichia coli* 세포가 글리포세이트에 더 높은 내성을 보였다. 벼(*Oryza sativa*) 어린잎은 두 LrAKR 유전자 중 하나를 과발현시켰을 때, 녹색형광단백질(GFP) 대조 식물에게 치명적인 농도의 글리포세이트에서도 생존하였다. 구조 모델링은 LrAKR4C10과 EcAKR4-1에 의한 유사한 글리포세이트 결합 및 해독 방식을 예측하였으나, LrAKR1에 의한 대체적인 글리포세이트 결합 방식을 예측하였다. 구조적 상호작용과 관련하여 두 LrAKR이 글리포세이트 내성을 부여하는 능력이 알려진 EcAKR4-1보다 상대적으로 낮은 것이 논의되었다. 결론: *L. rigidum* 개체군에서 글리포세이트에 의해 유도된 두 LrAKR 유전자의 높은 발현은 향상된 글리포세이트 대사를 통해 중간 정도 수준의 글리포세이트 내성에 기여한다. 제초제 2,4-D 역시 LrAKR 발현을 유도할 수 있어, 2,4-D가 글리포세이트에 대해 잠재적인 길항 효과를 가질 수 있음을 시사한다. © 2022 The Authors. Pest Management Science는 John Wiley & Sons Ltd에서 Society of Chemical Industry를 대신하여 출판하였다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: We have previously demonstrated that an aldo-keto reductase (AKR) from Echinochloa colona (EcAKR4-1) can metabolize glyphosate and confers glyphosate resistance. This study aims to investigate if the EcAKR4-1 orthologs from Lolium rigidum also play a role in glyphosate resistance in non-target-site based, glyphosate-resistant (R) L. rigidum populations from Western Australia. RESULTS: The full-length L. rigidum AKR gene (LrAKR4C10) orthologous to EcAKR4-1, together with a distinct LrAKR1, were cloned from plants of a glyphosate-susceptible (S) (VLR1) and three glyphosate R L. rigidum populations (WALR50, WALR60 and WALR70). Reverse transcription quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) results showed that basal expression levels of the two LrAKR genes did not differ between the R and S populations, but their expression was significantly induced by glyphosate (up to 4.3-fold) or 2,4-D treatment (up to 3.4-fold) in R populations. Escherichia coli cells transformed respectively with LrAKR4C10 and LrAKR1 were more tolerant to glyphosate. Rice (Oryza sativa) seedlings overexpressing each of the two LrAKR gene survived glyphosate rates that were lethal to the green fluorescence protein (GFP) control plants. Structural modeling predicts a similar way of glyphosate binding and detoxification by LrAKR4C10 and EcAKR4-1, but an alternative way of glyphosate binding by LrAKR1. Relatively lower capacity of the two LrAKRs in conferring glyphosate resistance than the known EcAKR4-1 was discussed in relation to structural interaction. CONCLUSION: Glyphosate-induced higher expression of the two LrAKR genes in L. rigidum populations contributes to a moderate level of glyphosate resistance likely through enhanced glyphosate metabolism. The herbicide 2,4-D can also induce the LrAKR expression, indicating the potential antagonistic effect of 2,4-D to glyphosate. © 2022 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.| 저자 | Zhou, F. Y.; Han, H.; Han, Y. J.; Nyporko, A.; Yu, Q.; Beckie, H. J.; Powles, S. B. |
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| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 79(4), 1528-1537 |
| PMID | 36527683 |
| DOI | 10.1002/ps.7325 |
| MeSH | Lolium; Aldo-Keto Reductases; Herbicide Resistance; Herbicides; 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid; Glyphosate |