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昆明植物所在粘虫危害预警的玉米系统抗虫功能研究中取得进展

文章来源:资源植物与生物技术重点实验室  |  发布时间:2021-04-14  |  作者:齐金峰  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  玉米产量已经连续多年稳居世界第一,在我国和全球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 )是我国玉米生产面临的重要威胁之一,其取食造不但成大量玉米减产,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利用团队吴建强课题组先期研究表明,玉米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(如丁布类化合物),从而增强自身对粘虫的抗性(相关链接,然而在粘虫危害后,虫害诱导的信号在同一片叶子中的传递模式为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,且此信号在30分钟内即可传递到另外的叶片(系统叶片),并诱导系统叶片增加丁布类物质的含量(相关链接)。但是这种诱导系统叶片增加抗虫化合物的功能,在生态学上的意义如何,是否,以及多长时间可以增强/预警系统叶片对害虫的抗性,有待深入研究。 

  吴建强课题组深入分析了玉米叶片受到不同程度的机械损伤及模拟粘虫取食处理,在不同时间后系统叶片中激素茉莉酸、次生代谢产物丁布类物质、以及系统叶片对粘虫的抗性响应发现,模拟粘虫危害处理的3天、7天,以及12天后,对系统叶片的抗虫功能都有预警作用。表现为在系统叶片中的抗虫相关激素茉莉酸抗虫化合物丁布类物质的积累在没有受进一步虫害诱导时候和健康植物没有差别但是在第二次虫害诱导后相较于没有受过第一次虫害诱导的玉米,其积累更多的茉莉酸及丁布类物质,与之对应的是系统叶片对粘虫的抗性也增强,这种预警系统叶片对粘虫的抗性响应,与真实的粘虫取食诱导是一致的。这种预警功能和第一次虫害刺激的强度也相关较弱的虫害处理不能起到预警增强第二次虫害诱导的抗虫性通过突变体玉米的验证发现粘虫取食预警的系统叶片抗性依赖于茉莉酸信号途径以及丁布类化合物的积累。转录组测序发现,此调控过程和很多抗性相关基因的诱导/抑制表达相关。 

  该研究揭示了玉米受到第一次害虫危害后如何长期记忆并预警系统叶片对第二次害虫的抗虫反应,以增强系统叶片的抗虫反应,以及在此过程中,茉莉酸信号系统以及丁布类化合物起到的核心功能。本研究为抗虫玉米的分子育种,提供理论参考。 

  相关研究结果以Mythimna separata herbivory primes maize resistance in systemic leaves为题在TOP10 综合性期刊Journal of Experimental Botany上发表。中国科学院昆明植物研究所Saif ul Malook为共同第一作者,吴建强研究员为论文通讯作者。该研究得到了NSFC-云南省联合基金、国家自然科学基金面上项目、中科院CAS-TWAS院长奖学金的支持。 

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图1.  模拟粘虫危害不同时间后(A)和真实粘虫取食(B)均可预警系统叶片对粘虫的抗性 

(责任编辑:李雪)

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原本山川 极名草木