Inheritance and Molecular Characterization of a Novel Mutated AHAS Gene Responsible for the Resistance of AHAS-Inhibiting Herbicides in Rapeseed (Brassica napus L.)

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2020
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Abstract
The use of herbicides is an effective and economic way to control weeds, but their availability for rapeseed is limited due to the shortage of herbicide-resistant cultivars in China. The single-point mutation in the acetohydroxyacid synthase (AHAS) gene can lead to AHAS-inhibiting herbicide resistance. In this study, the inheritance and molecular characterization of the tribenuron-methyl (TBM)-resistant rapeseed (Brassica napus L.) mutant, K5, are performed. Results indicated that TBM-resistance of K5 was controlled by one dominant allele at a single nuclear gene locus. The novel substitution of cytosine with thymine at position 544 in BnAHAS1 was identified in K5, leading to the alteration of proline with serine at position 182 in BnAHAS1. The TBM-resistance of K5 was approximately 100 times that of its wild-type ZS9, and K5 also showed cross-resistance to bensufuron-methyl and monosulfuron-ester sodium. The BnAHAS1544T transgenic Arabidopsis exhibited higher TBM-resistance than that of its wild-type, which confirmed that BnAHAS1544T was responsible for the herbicide resistance of K5. Simultaneously, an allele-specific marker was developed to quickly distinguish the heterozygous and homozygous mutated alleles BnAHAS1544T. In addition, a method for the fast screening of TBM-resistant plants at the cotyledon stage was developed. Our research identified and molecularly characterized one novel mutative AHAS allele in B. napus and laid a foundation for developing herbicide-resistant rapeseed cultivars.
Der Einsatz von Herbiziden ist eine wirksame und wirtschaftliche Methode zur Unkrautbekämpfung, ihre Verfügbarkeit für Raps ist jedoch aufgrund des Mangels an herbizidresistenten Kultivaren in China begrenzt. Eine Einzelpunktmutation im Gen der Acetohydroxysäure-Synthase (AHAS) kann zu einer Resistenz gegenüber AHAS-hemmenden Herbiziden führen. In dieser Studie wurden der Erbgang und die molekulare Charakterisierung der Tribenuron-Methyl-(TBM)-resistenten Rapsmutante (Brassica napus L.) K5 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die TBM-Resistenz von K5 durch ein dominantes Allel an einem einzelnen nukleären Genlokus gesteuert wurde. Eine neuartige Substitution von Cytosin durch Thymin an Position 544 in BnAHAS1 wurde in K5 identifiziert, was zum Austausch von Prolin durch Serin an Position 182 in BnAHAS1 führte. Die TBM-Resistenz von K5 war etwa 100-mal höher als die des Wildtyps ZS9; darüber hinaus zeigte K5 eine Kreuzresistenz gegenüber Bensulfuron-Methyl und Monosulfuron-Ester-Natrium. Die mit BnAHAS1544T transgene Arabidopsis wies eine höhere TBM-Resistenz auf als der Wildtyp, was bestätigte, dass BnAHAS1544T für die Herbizidresistenz von K5 verantwortlich war. Gleichzeitig wurde ein allelspezifischer Marker entwickelt, um schnell zwischen heterozygoten und homozygoten mutierten BnAHAS1544T-Allelen zu unterscheiden. Zudem wurde eine Methode für das schnelle Screening TBM-resistenter Pflanzen im Keimblattstadium etabliert. Unsere Forschungsarbeit identifizierte und charakterisierte molekular ein neuartiges mutiertes AHAS-Allel in B. napus und schuf eine Grundlage für die Entwicklung herbizidresistenter Rapskultivare.
Reference Key
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Authors Qianxin Huang;Jinyang Lv;Yanyan Sun;Hongmei Wang;Yuan Guo;Gaoping Qu;Shengwu Hu;Huang, Qianxin;Lv, Jinyang;Sun, Yanyan;Wang, Hongmei;Guo, Yuan;Qu, Gaoping;Hu, Shengwu;
Journal International journal of molecular sciences
Year 2020
DOI
10.3390/ijms21041345
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