近日，糧食作物害蟲監(jiān)測與控制創(chuàng)新團隊在植物學知名期刊《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表題為“SmCSP4 from aphid saliva stimulates salicylic acid-mediated defense responses in wheat by interacting with transcription factor TaWKRY76”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了麥長管唾液蛋白SmCSP4作為激發(fā)子與小麥轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY76互作進而激發(fā)水楊酸（salicylic acid, SA）介導(dǎo)的防御反應(yīng)信號通路。
麥蚜是小麥上最重要的害蟲，列入農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的十大一類農(nóng)業(yè)害蟲之一。我國麥蚜（主要是麥長管蚜 Sitobion avenae ，在我國又稱為荻草谷網(wǎng)蚜 Sitobion miscanthi ）常年為害面積達2億畝次以上，造成小麥減產(chǎn)20-30%，在大發(fā)生年份可造成60%的產(chǎn)量損失。麥蚜防治主要依賴化學殺蟲劑，但農(nóng)藥不合理且長期使用造成蚜蟲抗藥性增加、農(nóng)藥殘留及環(huán)境污染等問題。培育和利用抗蚜小麥品種是最為經(jīng)濟有效和綠色的麥蚜防控措施。研究麥蚜-小麥互作關(guān)系，明確小麥抗蚜分子機制，可為小麥抗蚜品種培育提供理論基礎(chǔ)。
本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)麥長管蚜唾液可誘導(dǎo)小麥防御反應(yīng)，通過唾液腺轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)4個化學感受蛋白基因，但其功能和作用機制未知。本研究發(fā)現(xiàn)其中一個化學感受蛋白SmCSP4在麥長管蚜唾液腺中高表達，Western blot結(jié)果證實SmCSP4在麥蚜取食過程中可被分泌到所取食的小麥葉片組織中。亞細胞定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)SmCSP4定位在植物細胞核內(nèi)。為進一步分析SmCSP4調(diào)控小麥防御功能，利用細菌III型分泌系統(tǒng)將SmCSP4導(dǎo)入小麥葉片內(nèi)實現(xiàn)瞬時過表達，經(jīng)組織染色及生化檢測發(fā)現(xiàn)SmCSP4可引起小麥胼胝質(zhì)和過氧化氫大量積累。經(jīng)基因表達及激素水平變化以及室內(nèi)生測等研究結(jié)果表明，SmCSP4在小麥葉片瞬時表達后主要激發(fā)SA介導(dǎo)的小麥防御反應(yīng)通路，并導(dǎo)致麥蚜在小麥韌皮部取食歷期縮短、蚜蟲存活率與繁殖率顯著下降。利用納米材料介導(dǎo)的RNAi技術(shù)敲降SmCSP4后，麥蚜激發(fā)SA防御通路的能力下降，進一步證實了SmCSP4在觸發(fā)小麥SA防御反應(yīng)中的重要作用。采用酵母雙雜交篩選小麥中互作蛋白，結(jié)果表明SmCSP4可與小麥轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY76互作，并利用雙分子熒光互補（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）驗證了兩者互作關(guān)系。通過病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）抑制TaWRKY76基因表達后可導(dǎo)致SA含量升高及其降解酶DMR6基因表達量顯著下降。進一步研究發(fā)現(xiàn)，TaWRKY76可與DMR6啟動子結(jié)合激活其基因表達，但唾液蛋白SmCSP4和TaWRKY76的互作抑制其轉(zhuǎn)錄激活活性，導(dǎo)致DMR6基因表達下降，SA含量增加，進而誘導(dǎo)下游防御信號途徑并提高小麥抗蚜性。研究結(jié)果進一步豐富了蚜蟲-植物互作分子機制，并為小麥抗蚜育種提供新思路。
中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所張勇副研究員為論文第一作者，陳巨蓮研究員為通訊作者。比利時列日大學Frédércis Francis教授和中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所范佳副研究員等共同參與了工作。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目等資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14139
日期：2023-08-14
麥蚜是小麥上最重要的害蟲，列入農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的十大一類農(nóng)業(yè)害蟲之一。我國麥蚜（主要是麥長管蚜 Sitobion avenae ，在我國又稱為荻草谷網(wǎng)蚜 Sitobion miscanthi ）常年為害面積達2億畝次以上，造成小麥減產(chǎn)20-30%，在大發(fā)生年份可造成60%的產(chǎn)量損失。麥蚜防治主要依賴化學殺蟲劑，但農(nóng)藥不合理且長期使用造成蚜蟲抗藥性增加、農(nóng)藥殘留及環(huán)境污染等問題。培育和利用抗蚜小麥品種是最為經(jīng)濟有效和綠色的麥蚜防控措施。研究麥蚜-小麥互作關(guān)系，明確小麥抗蚜分子機制，可為小麥抗蚜品種培育提供理論基礎(chǔ)。
本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)麥長管蚜唾液可誘導(dǎo)小麥防御反應(yīng)，通過唾液腺轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)4個化學感受蛋白基因，但其功能和作用機制未知。本研究發(fā)現(xiàn)其中一個化學感受蛋白SmCSP4在麥長管蚜唾液腺中高表達，Western blot結(jié)果證實SmCSP4在麥蚜取食過程中可被分泌到所取食的小麥葉片組織中。亞細胞定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)SmCSP4定位在植物細胞核內(nèi)。為進一步分析SmCSP4調(diào)控小麥防御功能，利用細菌III型分泌系統(tǒng)將SmCSP4導(dǎo)入小麥葉片內(nèi)實現(xiàn)瞬時過表達，經(jīng)組織染色及生化檢測發(fā)現(xiàn)SmCSP4可引起小麥胼胝質(zhì)和過氧化氫大量積累。經(jīng)基因表達及激素水平變化以及室內(nèi)生測等研究結(jié)果表明，SmCSP4在小麥葉片瞬時表達后主要激發(fā)SA介導(dǎo)的小麥防御反應(yīng)通路，并導(dǎo)致麥蚜在小麥韌皮部取食歷期縮短、蚜蟲存活率與繁殖率顯著下降。利用納米材料介導(dǎo)的RNAi技術(shù)敲降SmCSP4后，麥蚜激發(fā)SA防御通路的能力下降，進一步證實了SmCSP4在觸發(fā)小麥SA防御反應(yīng)中的重要作用。采用酵母雙雜交篩選小麥中互作蛋白，結(jié)果表明SmCSP4可與小麥轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY76互作，并利用雙分子熒光互補（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）驗證了兩者互作關(guān)系。通過病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）抑制TaWRKY76基因表達后可導(dǎo)致SA含量升高及其降解酶DMR6基因表達量顯著下降。進一步研究發(fā)現(xiàn)，TaWRKY76可與DMR6啟動子結(jié)合激活其基因表達，但唾液蛋白SmCSP4和TaWRKY76的互作抑制其轉(zhuǎn)錄激活活性，導(dǎo)致DMR6基因表達下降，SA含量增加，進而誘導(dǎo)下游防御信號途徑并提高小麥抗蚜性。研究結(jié)果進一步豐富了蚜蟲-植物互作分子機制，并為小麥抗蚜育種提供新思路。
中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所張勇副研究員為論文第一作者，陳巨蓮研究員為通訊作者。比利時列日大學Frédércis Francis教授和中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所范佳副研究員等共同參與了工作。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目等資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14139
日期：2023-08-14
