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昆明植物所在植物抵禦害蟲的蛋白酶抑制劑基因調控研究中取得進展

文章來源:資源植物與生物地理學重點實驗室  |  發布時間:2020-10-16  |  作者:殷敏  |  浏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  許多植物在受到昆蟲的啃食後,會大量合成蛋白酶抑制劑(protease inhibitor)。蛋白酶抑制劑能高水平的抑制害蟲體內的消化酶,被認爲是植物抵禦害蟲的一種重要的天然防禦手段。因爲昆蟲的啃食會快速激活植物體內的茉莉酸信號系統,而且目前大多分離到的蛋白酶抑制劑基因均受到茉莉酸的調控,因此目前普遍的觀點是茉莉酸信號是調控蛋白酶抑制劑合成的最主要的信號分子。但是,植物體內是否存在別的信號調控的蛋白酶抑制劑仍然未知。 

  中國科學院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴劲松研究组以渐狭叶烟草为材料,综合利用了分子生物学、生物化学等多学科的手段,发现了一个轻微受茉莉酸信号调控,但是基本受到转录因子WRKY3WRKY6調控的Kunitz型蛋白酶抑制劑基因NaKTI2。該基因編碼的蛋白具有典型的Kunitz型蛋白酶抑制劑的結構域,而且本式煙瞬時超表達的結果顯示它具有較高的蛋白酶抑制劑活性。該基因沈默後,植物上的害蟲生長得更好,存活率更高。 

  該研究發現,當植物受到害蟲啃食時,茉莉酸信號途徑被激活,其調控了土豆II型家族的蛋白酶抑制劑基因NaPI的表達;與此同時,NaWRKY3NaWRKY6兩個轉錄因子也被激活並調控了Kunitz型蛋白酶抑制劑基因NaKTI2的表達;最終NaKTI2NaPI两种不同类型的蛋白酶抑制剂基因的大量表达,共同提高了虫害啃食后植物叶片的蛋白酶抑制剂的活性(见下面工作模型图)。该研究揭示了植物中基于胰蛋白酶抑制剂防御反应調控的复杂性,为植物抵御害虫信号网络的构建提供了基础。 

  目前,該研究成果以“NaKTI2, a Kunitz trypsin inhibitor transcriptionally regulated by NaWRKY3 and NaWRKY6, is required for herbivore resistance in Nicotiana attenuata”爲題在線發表在植物學經典期刊Plant Cell Reports雜志上。雲大和昆明植物所聯合培養的研究生殷敏爲論文的第一作者,吳勁松研究員爲通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金等的資助。 

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昆蟲啃食下植物調控蛋白酶抑制劑活性的工作模型

(責任編輯:李雪)

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原本山川 极名草木