Prime Editing of TaEPSPS Homeologs Enhances Wheat Resistance to Glyphosate.
J Agric Food Chem · 2025 · 73:21516-21525 · PMID 40796728 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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5-에놀피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)는 광범위 제초제 글리포세이트의 주요 표적이며, EPSPS 내 몇 가지 잘 알려진 아미노산 치환이 글리포세이트 저항성을 부여하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 프라임 에디팅을 이용하여 밀 TaEPSPS에 P106S 치환을 도입하였으며, 이는 현장 권장 용량의 글리포세이트에 대한 저항성을 유도하였다. 단일 TaEPSPS 상동체에서 동형접합 또는 이형접합 P106S만으로도 저항성이 부여되었으며, 4 °C에서 461 g a.e. ha$^{-1}$, 28 °C에서 1383–1845 g a.e. ha$^{-1}$의 내성 수준을 보였다. P106S 치환은 글리포세이트 처리 하에 시키메이트 축적을 60-77% 감소시켰고, TaEPSPS의 고유 발현 패턴을 변화시키지 않았으며, 비글리포세이트 조건에서 미미한 적합도 비용을 초래하였다. P106S 편집 계통은 글리포세이트 처리 후 생장 억제와 약 10일간의 생장 지연을 보였으나, 성숙 시기에 유의미한 수확량 감소는 관찰되지 않았다. 이러한 글리포세이트 저항성 P106S 대립유전자는 잡초 방제 전략 강화를 위한 육종 프로그램 통합에 있어 유망한 잠재력을 가진다.ORIGINAL ABSTRACT
5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) is the primary target of the broad-spectrum herbicide glyphosate, and several well-characterized amino acid substitutions in EPSPS are known to confer glyphosate resistance. Here, we introduced the P106S substitution into wheat TaEPSPS via prime editing, resulting in resistance to the field-recommended dosage of glyphosate. Either homozygous or heterozygous P106S in a single TaEPSPS homeolog was sufficient to confer resistance, with tolerance levels of 461 g a.e. ha-1 at 4 °C and 1383-1845 g a.e. ha-1 at 28 °C. The P106S substitution reduced shikimate accumulation by 60-77% under glyphosate treatment, did not alter the native expression patterns of TaEPSPS, and incurred negligible fitness costs under nonglyphosate conditions. Although P106S-edited lines exhibited growth inhibition and an approximate 10-day growth delay following glyphosate application, no significant yield penalty was observed at maturity. These glyphosate-resistant P106S alleles hold promising potential for integration into breeding programs to enhance weed control strategies.| 저자 | Chen, T.; Li, Y.; Qiu, Z.; Zou, C.; Zhang, B. |
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| 저널 | Journal of agricultural and food chemistry |
| 권·호·쪽 | 73(34), 21516-21525 |
| PMID | 40796728 |
| DOI | 10.1021/acs.jafc.5c05769 |
| MeSH | Glyphosate; Herbicides; Triticum; Herbicide Resistance; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Amino Acid Substitution; Shikimic Acid; Breeding; Gene Editing; Plant Proteins; Dose-Response Relationship, Drug; Eleusine; Proline; Serine |