本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學生命科學學院作物抗逆育種與減災國家地方聯(lián)合工程實驗室李培金教授團隊在期刊Plant, Cell & Environment（PCE）上發(fā)表了題為 “Inactivation of RPX1 in Arabidopsis confers resistance to Plutella xylostella through the accumulation of the homoterpene DMNT”的研究論文。該研究揭示了eIF4E家族的新型帽子結合蛋白RPX1 （resistance to Plutella xylostella）參與擬南芥抵御十字花科害蟲小菜蛾侵食的分子機制。
蟲害對作物產(chǎn)量和品質(zhì)有嚴重影響。小菜蛾是一種廣泛分布的鱗翅目害蟲，主要以花椰菜和卷心菜等十字花科作物為食，爆發(fā)頻率高，常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，發(fā)掘抗蟲基因，構建抗性種質(zhì)具有重要的理論和應用價值。
在與害蟲的長期的“競賽和對抗”中，植物已經(jīng)進化出形式多樣的能力來對抗蟲害。在受到侵害時，植物能合成一系列的揮發(fā)性防御性代謝物，形成直接或間接防御，其中包括萜烯類化合物如（3E）-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（DMNT）和（E,E）-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯（TMTT）。在之前的研究中，李培金教授團隊發(fā)現(xiàn)，DMNT通過破壞昆蟲中腸的圍食膜結構（PM），在直接殺死小菜蛾幼蟲方面發(fā)揮了重要作用（eLife 2021, DOI: 10.7554/eLife.63938）。但DMNT生物合成關鍵基因的調(diào)控研究有待進一步深入。
研究發(fā)現(xiàn)，RPX1突變導致了DMNT合成關鍵基因PEN1表達水平升高和DMNT積累，提高了植物對害蟲的抗性。強制性飼喂實驗顯示，rpx1突變體能導致小菜蛾中腸圍食膜結構（PM）被破壞，說明突變體中DMNT的積累是導致害蟲排斥性和死亡率提高的重要因素之一。同時，同位素2H標記的DMNT-2H運輸實驗證實DMNT在根中合成，并且運輸?shù)降厣喜糠职l(fā)揮殺蟲作用。在小菜蛾侵害24小時后，Col-0和rpx1突變體中JA和SA的含量均有增加但變化程度不同，說明JA和SA可能也在rpx1對小菜蛾的抗性中也發(fā)揮著重要作用。此外，小菜蛾侵害能引起RPX1-GFP降解，可能進而使植物產(chǎn)生抗蟲性。更為重要的是，rpx1突變對植物種子產(chǎn)量沒有顯著負面影響，為后期利用基因編輯技術開發(fā)應用RPX1基因，開展植物抗蟲分子育種的工作提供了一條可能途徑。
生命科學學院博士生陳紅億、陳晨、黃世界和趙孟潔為論文共同第一作者，李培金教授為通訊作者，安徽農(nóng)業(yè)大學為該論文第一通訊單位。這項研究工作得到了安徽省重大科技專項和國家自然科學基金等項目的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14528
日期：2023-02-01
蟲害對作物產(chǎn)量和品質(zhì)有嚴重影響。小菜蛾是一種廣泛分布的鱗翅目害蟲，主要以花椰菜和卷心菜等十字花科作物為食，爆發(fā)頻率高，常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，發(fā)掘抗蟲基因，構建抗性種質(zhì)具有重要的理論和應用價值。
在與害蟲的長期的“競賽和對抗”中，植物已經(jīng)進化出形式多樣的能力來對抗蟲害。在受到侵害時，植物能合成一系列的揮發(fā)性防御性代謝物，形成直接或間接防御，其中包括萜烯類化合物如（3E）-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（DMNT）和（E,E）-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯（TMTT）。在之前的研究中，李培金教授團隊發(fā)現(xiàn)，DMNT通過破壞昆蟲中腸的圍食膜結構（PM），在直接殺死小菜蛾幼蟲方面發(fā)揮了重要作用（eLife 2021, DOI: 10.7554/eLife.63938）。但DMNT生物合成關鍵基因的調(diào)控研究有待進一步深入。
研究發(fā)現(xiàn)，RPX1突變導致了DMNT合成關鍵基因PEN1表達水平升高和DMNT積累，提高了植物對害蟲的抗性。強制性飼喂實驗顯示，rpx1突變體能導致小菜蛾中腸圍食膜結構（PM）被破壞，說明突變體中DMNT的積累是導致害蟲排斥性和死亡率提高的重要因素之一。同時，同位素2H標記的DMNT-2H運輸實驗證實DMNT在根中合成，并且運輸?shù)降厣喜糠职l(fā)揮殺蟲作用。在小菜蛾侵害24小時后，Col-0和rpx1突變體中JA和SA的含量均有增加但變化程度不同，說明JA和SA可能也在rpx1對小菜蛾的抗性中也發(fā)揮著重要作用。此外，小菜蛾侵害能引起RPX1-GFP降解，可能進而使植物產(chǎn)生抗蟲性。更為重要的是，rpx1突變對植物種子產(chǎn)量沒有顯著負面影響，為后期利用基因編輯技術開發(fā)應用RPX1基因，開展植物抗蟲分子育種的工作提供了一條可能途徑。
生命科學學院博士生陳紅億、陳晨、黃世界和趙孟潔為論文共同第一作者，李培金教授為通訊作者，安徽農(nóng)業(yè)大學為該論文第一通訊單位。這項研究工作得到了安徽省重大科技專項和國家自然科學基金等項目的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14528
日期：2023-02-01
