大豆是世界上最重要的油料和蛋白质作物之一，而杂草是大豆种植的主要挑战。杂草种类多、分布广、发生量大，每年由于杂草危害造成作物产量损失约10%，粮食减产达6000万吨，直接经济损失达2200亿元。在大豆的生长季节，由于多变的天气和杂草控制不当会造成大豆严重减产。因此，开发抗除草剂大豆是有效控制大豆田间杂草、降低人工成本并提高大豆产量的重要途径。

近日，生物学权威期刊Plant Biotechnology Journal (IF：13.8)在线发表了安徽农业大学朱建华教授团队和牛庆丰教授团队的最新研究成果：题为“Engineering soybean with high levels of herbicide resistance with a Cas12‐SF01‐based cytosine base editor”的研究论文。并成功对大豆中催化3种支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）生物合成的乙酰乳酸合成酶基因（Acetolactate synthase, GmALS）进行碱基编辑，创制出不含外源基因的高抗氟唑磺隆除草剂的大豆新种质。

图1. als1 、als3和als1/als3除草剂耐受性的表型。

该研究通过利用山东舜丰生物科技有限公司具有自主知识产权基因编辑工具酶Cas12‐SF01的单碱基编辑系统BE4max-dCas12-SF01对大豆基因组中的GmALS1和GmALS3基因编码区的特定碱基进行精准碱基替换，创制了不同类型的突变体，包括ALS1P178S, ALS3P172S, 和 ALS1P178S ALS3P172S突变体（分别称为 als1、als3 和 als1/als3）。在人工气候室评估其除草剂抗性，其中als1植株比als3植株表现出更强的除草剂抗性，但在喷施田间中等剂量6倍（420 mg L-1）浓度的除草剂后都表现出一定的除草剂药害症状。而als1/als3双突变体植株即使在6倍浓度的高剂量除草剂处理后也没有出现除草剂损害症状（图1）。这些结果表明，als1和als3 突变具有协同效应，能强烈促进大豆对除草剂的抗性。大田测产数据表明als1/als3在6倍浓度的高剂量的除草剂处理下植株没有产量的降低。该研究通过碱基编辑技术对大豆的两个ALS基因的抗除草剂位点同时进行碱基精准替换，成功筛选出了可应用于大田种植的高抗除草剂大豆，并为其它作物进行高抗除草剂生物育种提供了理论基础。

安徽农业大学生命科学学院朱建华教授和山东舜丰生物科技有限公司谢洪涛博士为论文的共同通讯作者。安徽农业大学生命科学学院牛庆丰教授、山东舜丰生物科技有限公司谢洪涛博士和南方科技大学前沿生物技术研究院曹雪松博士为论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划（No. NK2022010301），山东种子产业化发展规划（No. 2021LZGC003），山东省重点研发计划（No. 2021LZGC012）和国家自然科学基金（No. 32270367）等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14356

文章来源：植物生物技术Pbj