挖掘优质的农作物抗除草剂基因，是保障现代农业稳产增收的关键难题。近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室教授李盛英团队攻克这一技术瓶颈，创新研发出基于酶催化原理的全新基因挖掘方法，成功找到并改良出一款能高效分解多种生长素类除草剂的细菌P450蛋白酶，培育出可耐受新型除草剂氟氯氨草酸的转基因水稻新材料。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然-通讯》。

李盛英团队发现新型广谱P450除草剂抗性基因  山东大学供图

田间除草剂是现代农业清除杂草、减少养分争抢的核心工具。但长年大规模使用除草剂，导致田间杂草抗药性持续增强，演化出大量抗性杂草。与之相对，目前可用的作物抗除草剂基因资源十分稀缺，新基因的发掘速度，远远跟不上农业生产的实际需求，严重制约了杂草防控与作物种植效率的提升。

长久以来，科研人员寻找抗除草剂基因主要依靠大规模随机筛选，这种方式如同大海捞针，不仅耗时费力、效率极低，还很难筛选出适用范围广、实用价值高的优质新基因。为彻底改变这一被动局面，研究团队聚焦天然氧化酶——P450过加氧酶开展专项研究。

团队通过大量前期实验发现，这类特殊酶蛋白可以依靠固定的氨基酸位点，精准识别除草剂底物末端的羧基结构，据此提出了全新的“末端羧基锚定机制”。依托这一核心原理，科研人员彻底告别盲目筛选的传统模式，根据不同除草剂的化学结构特征，精准预判、定向挖掘具备降解能力的目标酶基因，实现了抗除草剂基因挖掘从“随机试错”到“精准靶向”的技术范式革新。

基于全新挖掘策略，团队筛选出多种可分解生长素类除草剂的细菌P450酶，并通过蛋白工程技术优化改良，得到性能大幅提升的突变体P450BSβ-F46A。该酶的除草剂最高分解转化数可达9353，不仅能降解多种主流生长素类除草剂，还能分解其他含羧基结构的除草剂，适用底物范围十分广泛。

为探明该酶的工作原理，团队结合同位素追踪、分子动态模拟、量子与分子力学计算等多项技术，清晰揭示了其独特的两步式连续降解机制。该酶如同精准的分子剪刀，先通过氧化反应切断除草剂的关键化学键，让除草剂彻底失去除草活性，再通过二次氧化修饰完成完全分解，颠覆了学界对P450过加氧酶催化方式的传统认知。

田间应用实验结果显示，研究团队通过模块化组装、叶绿体靶向表达技术培育的转基因水稻，对新型除草剂氟氯氨草酸具备优异抗性，充分验证了该新型基因的农业应用价值。

该研究不仅发掘出广谱高效的新型抗除草剂基因，更建立了一套精准、高效的基因挖掘新技术体系，可推广应用于各类除草剂抗性基因研发，为破解杂草抗药性难题、推动现代农业绿色可持续发展提供了全新技术支撑。

本研究获得国家及山东省多项重点科研项目资助。

论文相关信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-75811-1