中国农业科学院植保所揭示球孢白僵菌暴露和草地贪夜蛾为害玉米诱导邻近玉米植株产生防御反应的作用机制

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物害虫监测与控制创新团队在植物学经典期刊《植物杂志》（Plant Journal）在线发表了题为“Phytol-induced interplant signaling in maize facilitates EXP-A20-driven resistance through ACO31-dependent ethylene accumulation against Ostrinia furnacalis”的研究论文。研究揭示了玉米扩展蛋白EXP-A20基因在调控植醇介导的玉米植株间信息交流及提高玉米抗螟性的功能。

 

　　本研究发现，暴露于球孢白僵菌的玉米植株在草地贪夜蛾为害下会释放植醇，植醇会作为信号物质进一步诱导邻近玉米植株产生对亚洲玉米螟（以下简称玉米螟）的防御反应。在此基础上，进一步研究发现玉米扩展蛋白EXP-A20是介导邻近玉米植株对玉米螟产生防御反应的关键基因。利用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）将玉米的 EXP-A20 基因沉默，结果显示与对照植株相比，

 

　　EXP-A20 基因沉默的玉米植株中乙烯和木质素合成相关的基因表达量显著降低，木质素的含量显著下降，接玉米螟幼虫后，玉米螟幼虫在EXP-A20 基因沉默的玉米植株上发育更快，为害更重。木质素在调控植物抗性中发挥重要作用，可以通过增强细胞壁硬度来抵御咀嚼式口器害虫的为害。当将EXP-A20 基因沉默后，会通过降低木质素含量，进而降低细胞壁硬度，使植株更易受玉米螟为害。进一步研究还明确了 EXP-A20 基因与乙烯合成关键酶基因 ACO31 能够直接相互作用，表明扩展蛋白可以直接结合和激活防御相关的酶来传导信号。 当利用外源性植醇诱导玉米时发现，外源性植醇可以增强正常玉米植株的抗螟性，但对 EXP-A20 沉默的玉米植株没有影响。这说明 EXP-A20 定位在由植醇激活的激素-细胞壁防御通路的上游。上述研究结果表明 EXP-A20 在调控玉米对植食性昆虫的抗性反应中发挥着不可或缺的作用，它可能通过感知在球孢白僵菌和草地贪夜蛾取食引起的植醇信号来刺激玉米释放乙烯，随后细胞壁发生木质化，从而提高对玉米螟的抗性。研究结果为明确复杂田间条件下玉米和玉米螟/草地贪夜蛾的互作关系提供了理论参考，也为通过利用挥发性有机化合物和植物间相互作用增强玉米持久、广谱的抗虫性开辟了新途径。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所为论文的第一完成单位。已出站博士后Raufa Batool为第一作者，郭井菲副研究员和王振营研究员为共同通讯作者，张永军研究员和中国农业科学院棉花研究所的博士后Muhammad Jawad Umer参与相关工作。该研究得到了国家自然科学基金（32272545），国家玉米产业技术体系（CARS-02-26）以及中国农业科学院创新工程等项目的资助。

 

　　文章链接：http://doi.org/10.1111/tpj.17186