关键发现：OsDNR1的鉴定与功能验证

突变体创制与表型鉴定

以粳稻品种"金粳818"和"镇稻18"为材料，通过EMS化学诱变获得M2群体。经0.4 μmol/L硝磺草酮梯度筛选，最终获得JG-M和Z18-M两个稳定遗传的抗性突变体。田间试验显示，在150 g/hm²标准剂量处理下，突变体生物量保持率达85%以上，而野生型（WT）植株出现明显黄化、生长停滞。

遗传机制解析

通过构建BC1F2分离群体，发现抗性性状符合3:1的孟德尔分离比（JG-M群体221敏感:78抗性，Z18-M群体222敏感:69抗性），证明该特性由单隐性核基因控制。MutMap全基因组关联分析将候选基因锁定在1号染色体的3.2 Mb区间，测序验证发现两个突变体均在OsDNR1（LOC_Os01908270）基因发生功能突变：

广谱抗性：对抗多种HPPD抑制剂

OsDNR1敲除株系对三类HPPD抑制剂均表现出强抗性：

对吡唑酮类（topramezone）（苯唑草酮）、

三酮类（tembotrione）（甲基磺草酮）

异噁唑类（isoxaflutole）（异噁唑草酮）

18-dnr1-4突变体均保持80%以上生物量，而WT植株减产超50%。这种跨类别抗性为开发"一基因多抗"品种奠定基础。

分子机制与代谢调控

研究团队通过多维度实验揭示了OsDNR1调控抗性的精确机制：

基因功能验证

在镇稻18背景中构建CRISPR敲除系（18-dnr1-3/4）和Ubiquitin启动子驱动的过表达系（18-DNR1-OE）。剂量效应曲线显示，敲除系GR50（（半最大生长抑制浓度）是衡量除草剂对植物毒性强度的重要指标，表示使植物生物量减少50%所需的除草剂浓度。数值越低，说明植物对除草剂越敏感；数值越高，则抗性越强。）提升至0.57-0.58 μmol/L（较WT提高3.6倍），而过表达系敏感性增强4倍（GR50=0.04 μmol/L）。互补实验证实，将野生型OsDNR1回补至JG-M突变体后，其抗性完全丧失。

代谢通路解析

OsDNR1作为酪氨酸代谢中的氨基转移酶（同源拟南芥VAS1），其功能缺失导致底物4-羟基苯丙酮酸（HPPA）积累：

1. • HPPA竞争性占据HPPD酶活性中心，减少除草剂结合
   • 维持下游尿黑酸（HGA）合成通量（KO系HGA含量较WT高36%）
   • HGA作为质体醌和生育酚前体，增强氧化应激抗性
   • KO株系HPPA含量较WT提高36%，HGA水平稳定维持，而OE株系HGA持续下降导致死亡。外源补充HPPA显著提高了野生型植株在除草剂胁迫下的生物量。

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双重效益：抗除草剂与氮高效利用

OsDNR1的突破性不仅在于抗除草剂：

提高氮利用效率（NUE）：该基因原本抑制氮吸收，敲除后显著提升作物产量。

潜在抗氧化增益：HGA积累可能促进生育酚和质体醌合成，增强植株抗逆性。

然而，突变体株高增加可能引发倒伏风险，需结合抗倒伏育种和栽培优化。

海南大学在读博士生李阳为论文的第一作者，江苏省农业科学院张保龙研究员和侯晓冬助理研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金、三亚崖州湾科技城项目的资助。