昆明植物所在玉米系统性响应害虫胁迫研究中取得进展

来源: 昆明植物研究所 / 作者: cas / 时间: 2019-01-16
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玉米产量已经连续多年稳居世界第一,在农业生产上占有重要地位,而虫害是玉米稳产增产的严重障碍。粘虫(Mythimna separata Walker)是我国玉米生产面临的重要威胁之一,其取食不但造成大量玉米减产,而且每年防治粘虫必须使用大量农药,造成了不可忽视的环境和生态问题。了解粘虫和玉米间如何相互作用对培育新型抗虫玉米有重要意义。中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组先期研究表明,玉米在受到粘虫取食后,可以特异识别粘虫口腔分泌物中的激发子,启动基因转录、蛋白表达,以及合成和积累抗虫相关次生代谢产物,从而增强自身对粘虫的抗性,然而在粘虫危害后,虫害诱导的信号在同一片叶子中如何传递,以及这个抗虫相关信号是否在系统叶片(没有受虫害胁迫的叶片)中发挥功能依然未知。

吴建强课题组深入分析了玉米叶片不同部位受到机械损伤及模拟粘虫取食处理后,本地及系统叶片中激素茉莉酸、次生代谢产物丁布类物质以及转录组的变化。研究发现,机械损伤及模拟粘虫取食诱导的信号在处理的本地叶片中可以沿着从叶基部到叶尖方向传递,表现为诱导茉莉酸的合成以及丁布的积累,但是不能反向传递。少量的信号可以越过叶尖部位传递到同一叶片临近部位。在系统性叶片中,机械损伤及模拟粘虫取食诱导的信号可以诱导茉莉酸的合成,以及丁布合成相关基因的表达,但是丁布的积累不受机械损伤诱导,只有在模拟粘虫取食后才表现为诱导积累,预示了粘虫口腔分泌物中的激发子在诱导系统抗虫性中的重要功能。模拟粘虫取食后不同时间切除处理叶片后,测定系统叶片的茉莉酸水平发现,此系统信号在处理后 30 分钟内已经被传递到系统叶片。通过系统叶片的转录组分析,以及转录因子结合启动子调控的丁布合成酶生物信息学分析表明,转录因子 bHLH57 和 WRKY34 可能参与调控系统叶片响应抗虫信号的丁布积累。

该研究揭示了玉米在系统响应害虫取食后,叶片的不同部位以及系统叶片如何调控植物激素、次生代谢产物及基因表达,进行有效的抵御,为抗虫玉米的分子育种提供了理论参考。

相关研究结果以 The oriental armyworm (Mythimna separata) feeding induces systemic defence responses within and between maize leaves 为题在 Philosophical Transactions of the Royal Society B 上发表。昆明植物所 Saif ul Malook、齐金峰、Christian Hettenhausen 为共同第一作者,吴建强为论文通讯作者。该研究得到 NSFC- 云南省联合基金等的支持。

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图:玉米叶片中 JA 和 JA-Ile 对机械损伤及模拟粘虫取食的积累响应

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