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科研進展

昆明植物所在玉米抗蟲次生代謝産物丁布類化合物的合成調控機制研究中取得進展

文章来源:資源植物與生物技術重點實驗室  |  发布时间:2020-10-06  |  作者:张翠萍,齐金峰  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  玉米不僅是當今世界上重要的農作物、飼料及工業原料,同時也是重要的單子葉模式植物,其每年因蟲害造成的損失平均高達12% ~ 19%目前,盡管植物抗蟲分子機理在某些植物,如擬南芥、野生煙草和番茄等物種中有了一定程度的認識,但是關于玉米抗蟲機制的研究卻很少。研究表明次生代謝産物丁布類化合物(benzoxazinoidsBXs)是玉米中重要的抗蟲物質,並且其合成途徑在玉米中也被廣泛研究,但是關于該類化合物合成的調控機制研究仍非常缺乏研究。 

  爲進一步解析玉米如何通過調控丁布類化合物的合成進而調控植物抗蟲的分子機理,近期,昆明植物所吳建強研究團隊利用反向遺傳學手段與比較轉錄組分析,鑒定了兩條負調控關鍵丁布化合物DIMBOADIMBOA-Glc合成的信號途徑,即ZmMPK6和乙烯介導的信號途徑。該團隊首先發現玉米中的激酶ZmMPK6受模擬昆蟲取食的快速誘導激活,進一步通過穩定轉化,在玉米玉米自交系A188中將其沈默,發現:一旦ZmMPK6沈默,模擬昆蟲取食誘導的激素乙烯的釋放量則顯著下降,而抗蟲丁布類化合物DIMBOADIMBOA-Glc的含量上升,玉米對斜紋夜蛾、粘蟲以及玉米螟的抗性增強(圖1)。進一步,對模擬粘蟲取食處理的ZmMPK6沈默玉米A188外施乙烯並檢測其中的DIMBOADIMBOA-Glc水平變化,發現乙烯的施加降低了DIMBOADIMBOA-Glc的含量(圖2)。以上結果說明,粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成,進而通過乙烯途徑又負調控DIMBOADIMBOA-Glc的合成及植物的抗蟲性。通過比較分析ZmMPK6沈默玉米A188中模擬粘蟲取食和乙烯誘導的轉錄組,該研究還鑒定了一系列可能調控丁布合成酶基因表達的候選轉錄因子,爲未來通過遺傳操作的方式實現農作物改良提供了重要參考靶基因。另外,該研究還通過對比不同玉米品系中模擬粘蟲取食誘導的ZmMPK6激酶活性以及乙烯、丁布類化合物的水平及植物的抗蟲性,揭示了玉米的抗蟲響應受遺傳多樣性的影響,爲今後玉米、甚至單子葉農作物的研究提供了重要的理論基礎及參考依據。 

  該研究成果以“ZmMPK6 and ethylene signaling negatively regulate the accumulation of anti‐insect metabolites DIMBOA and DIMBOA‐Glc in maize inbred line A188”爲題發表在New Phytologist杂志上。中國科學院昆明植物研究所博士研究生张翠萍为该论文第一作者,吴建强研究员与齐金峰副研究员为共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会及云南省应用基础研究计划的资助。  

  文章鏈接 

 

1. 粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成、負調控DIMBOADIMBOA-Glc合成及植物的抗蟲性 

 

2. ZmMPK6通過乙烯信號途徑負調控DIMBOADIMBOA-Glc合成 

(責任編輯:李雪)

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原本山川 极名草木