近日，中國農業科學院植物保護研究所糧食作物害蟲監測與控制創新團隊在植物學經典期刊《植物雜志》（Plant Journal）在線發表了題為“Phytol-induced interplant signaling in maize facilitates EXP-A20-driven resistance through ACO31-dependent ethylene accumulation against Ostrinia furnacalis”的研究論文。研究揭示了玉米擴展蛋白EXP-A20基因在調控植醇介導的玉米植株間信息交流及提高玉米抗螟性的功能。
本研究發現，暴露于球孢白僵菌的玉米植株在草地貪夜蛾為害下會釋放植醇，植醇會作為信號物質進一步誘導鄰近玉米植株產生對亞洲玉米螟（以下簡稱玉米螟）的防御反應。在此基礎上，進一步研究發現玉米擴展蛋白EXP-A20是介導鄰近玉米植株對玉米螟產生防御反應的關鍵基因。利用病毒誘導的基因沉默技術（VIGS）將玉米的 EXP-A20 基因沉默，結果顯示與對照植株相比，
EXP-A20 基因沉默的玉米植株中乙烯和木質素合成相關的基因表達量顯著降低，木質素的含量顯著下降，接玉米螟幼蟲后，玉米螟幼蟲在EXP-A20 基因沉默的玉米植株上發育更快，為害更重。木質素在調控植物抗性中發揮重要作用，可以通過增強細胞壁硬度來抵御咀嚼式口器害蟲的為害。當將EXP-A20 基因沉默后，會通過降低木質素含量，進而降低細胞壁硬度，使植株更易受玉米螟為害。進一步研究還明確了 EXP-A20 基因與乙烯合成關鍵酶基因 ACO31 能夠直接相互作用，表明擴展蛋白可以直接結合和激活防御相關的酶來傳導信號。 當利用外源性植醇誘導玉米時發現，外源性植醇可以增強正常玉米植株的抗螟性，但對 EXP-A20 沉默的玉米植株沒有影響。這說明 EXP-A20 定位在由植醇激活的激素-細胞壁防御通路的上游。上述研究結果表明 EXP-A20 在調控玉米對植食性昆蟲的抗性反應中發揮著不可或缺的作用，它可能通過感知在球孢白僵菌和草地貪夜蛾取食引起的植醇信號來刺激玉米釋放乙烯，隨后細胞壁發生木質化，從而提高對玉米螟的抗性。研究結果為明確復雜田間條件下玉米和玉米螟/草地貪夜蛾的互作關系提供了理論參考，也為通過利用揮發性有機化合物和植物間相互作用增強玉米持久、廣譜的抗蟲性開辟了新途徑。
中國農業科學院植物保護研究所為論文的第一完成單位。已出站博士后Raufa Batool為第一作者，郭井菲副研究員和王振營研究員為共同通訊作者，張永軍研究員和中國農業科學院棉花研究所的博士后Muhammad Jawad Umer參與相關工作。該研究得到了國家自然科學基金（32272545），國家玉米產業技術體系（CARS-02-26）以及中國農業科學院創新工程等項目的資助。
文章鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.17186
日期：2024-12-30
本研究發現，暴露于球孢白僵菌的玉米植株在草地貪夜蛾為害下會釋放植醇，植醇會作為信號物質進一步誘導鄰近玉米植株產生對亞洲玉米螟（以下簡稱玉米螟）的防御反應。在此基礎上，進一步研究發現玉米擴展蛋白EXP-A20是介導鄰近玉米植株對玉米螟產生防御反應的關鍵基因。利用病毒誘導的基因沉默技術（VIGS）將玉米的 EXP-A20 基因沉默，結果顯示與對照植株相比，
EXP-A20 基因沉默的玉米植株中乙烯和木質素合成相關的基因表達量顯著降低，木質素的含量顯著下降，接玉米螟幼蟲后，玉米螟幼蟲在EXP-A20 基因沉默的玉米植株上發育更快，為害更重。木質素在調控植物抗性中發揮重要作用，可以通過增強細胞壁硬度來抵御咀嚼式口器害蟲的為害。當將EXP-A20 基因沉默后，會通過降低木質素含量，進而降低細胞壁硬度，使植株更易受玉米螟為害。進一步研究還明確了 EXP-A20 基因與乙烯合成關鍵酶基因 ACO31 能夠直接相互作用，表明擴展蛋白可以直接結合和激活防御相關的酶來傳導信號。 當利用外源性植醇誘導玉米時發現，外源性植醇可以增強正常玉米植株的抗螟性，但對 EXP-A20 沉默的玉米植株沒有影響。這說明 EXP-A20 定位在由植醇激活的激素-細胞壁防御通路的上游。上述研究結果表明 EXP-A20 在調控玉米對植食性昆蟲的抗性反應中發揮著不可或缺的作用，它可能通過感知在球孢白僵菌和草地貪夜蛾取食引起的植醇信號來刺激玉米釋放乙烯，隨后細胞壁發生木質化，從而提高對玉米螟的抗性。研究結果為明確復雜田間條件下玉米和玉米螟/草地貪夜蛾的互作關系提供了理論參考，也為通過利用揮發性有機化合物和植物間相互作用增強玉米持久、廣譜的抗蟲性開辟了新途徑。
中國農業科學院植物保護研究所為論文的第一完成單位。已出站博士后Raufa Batool為第一作者，郭井菲副研究員和王振營研究員為共同通訊作者，張永軍研究員和中國農業科學院棉花研究所的博士后Muhammad Jawad Umer參與相關工作。該研究得到了國家自然科學基金（32272545），國家玉米產業技術體系（CARS-02-26）以及中國農業科學院創新工程等項目的資助。
文章鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.17186
日期：2024-12-30
