2023年2月28日，沈阳农业大学植物保护学院纪明山教授团队在农林科学一区Top期刊Pesticide Biochemistry and Physiology (IF2021=4.966) 在线发表了题为“Occurrence and mechanism of target-site resistance to bensulfuron-methyl in Monochoria korsakowii from China”的长篇研究论文，对辽宁省地区雨久花抗药性现状及机制进行了系统的研究。
雨久花（Monochoria korsakowii），属一年生单子叶杂草，生活在水生和半水生环境中。由于其种子量高且植株高大，在水稻田中表现出很强的竞争力，从而对水稻产量产生重大危害。近年来，在中国各主要水稻产区，雨久花发生情况逐渐加重，已由稻田次要杂草上升为主要杂草，对水稻生产的危害日趋严重。雨久花的防控主要依赖于乙酰乳酸合成酶（acetohydroxyacid synthase, AHAS）抑制剂类除草剂苄嘧磺隆，但由于其重复和高强度地使用，不可避免地带来了抗性的发展。目前，雨久花对苄嘧磺隆抗药性的分子机制并不清晰，抗性突变对靶标酶活性和动力学的影响也尚未了解。辽宁省是中国水稻主要产区，也是目前雨久花发生最为严重的省份。因此，亟需对雨久花抗性发展情况作出全面评估，并对其抗性机制进行研究。
纪明山教授课题组从辽宁省11个水稻产区采集到30个雨久花田间种群，发现28个种群已对苄嘧磺隆产生抗药性，且其中24个种群的抗药性已达到高抗水平，抗药性发展态势严重。为阐明雨久花抗药性机制，首次对抗性种群AHAS1和AHAS2基因的分子特征进行了深入分析，发现78%的雨久花对苄嘧磺隆的抗药性种群中存在AHAS突变，显示出突变频率与抗性发展之间明显的相关性。其中，AHAS1基因存在四种类型的突变（Pro197His、Pro197Ala、Pro197Leu、Pro197Ser），AHAS2基因中存在一种类型的抗性突变（Pro197Ser）。其中，Pro197Ser突变在雨久花中首次发现，且在抗性田间种群中频率最高。值得注意的是，研究发现在抗药性最高的雨久花种群LN-20中，AHAS1基因和AHAS2基因的197位Pro均突变为了Ser，这是杂草种群中不同AHAS基因拷贝同时出现同一类型抗性突变的首次报道。
此外，文章还系统评估了雨久花种群中不同抗性突变对AHAS酶功能、除草剂与靶标结合模式、基因表达量和交互抗药性的影响。结果发现，抗性突变对AHAS酶可提取活性影响较小，但提高了酶对底物丙酮酸钠的亲和力和催化速率。由于Pro197突变，苄嘧磺隆和靶标蛋白之间的氢键和疏水作用力明显减弱，导致靶标蛋白对除草剂的敏感性大大降低。且在抗性突变体中，观察到靶标蛋白的基因表达量会有明显的提高。在交互抗药性方面，AHAS突变导致雨久花抗药性种群对苄嘧磺隆同类的磺酰脲类除草剂也产生抗药性，但对其他类别的AHAS抑制剂类除草剂如五氟磺草胺和双草醚未产生抗药性。因此，在雨久花的防控上，不推荐继续使用磺酰脲类除草剂，但其他的AHAS抑制剂类除草剂可以继续使用。上述研究说明了靶标蛋白氨基酸突变是辽宁省地区雨久花种群对苄嘧磺隆产生抗药性的主要机制，加深了我们对雨久花抗药性机制的理解，并对雨久花的防控提供指导。
植物保护学院博士研究生杜颖为论文第一作者，纪明山教授为通讯作者，博士研究生邓云艳、张璐璐、硕士研究生白天朗、中国农业大学王闽龙博士、辽宁省农业科学院陈彦研究员参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划项目（2016YFD0200503）的资助。
文章连接：https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2023.105379
