植物通過NaMYC2a/b調(diào)控多種胰蛋白酶抑制劑基因的表達來抵御昆蟲
當植物受到害蟲取食后,會快速激活防御基因的轉錄和表達,從而提高植物對昆蟲的抗性。其中,胰蛋白酶蛋白酶抑制劑(TPI)是植物抵御昆蟲的重要“化學武器”。它可以抑制昆蟲腸道內(nèi)的蛋白消化過程,從而延緩昆蟲的生長發(fā)育。
前期研究發(fā)現(xiàn),植物激素茉莉酸(JA)在植物抵御昆蟲取食中發(fā)揮著核心作用,它可以極顯著提高植物葉片中的胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性。但是JA調(diào)控胰蛋白酶蛋白酶抑制劑基因表達的分子機制仍然未知。
斜紋夜蛾(Spodoptera litura)是一種全球性分布的多食性和暴食性農(nóng)業(yè)害蟲,危害多種重要的經(jīng)濟作物。中國科學院昆明植物研究所次生代謝分子調(diào)控專題組以野生的二倍體煙草-漸狹葉煙草為模式,系統(tǒng)研究了斜紋夜蛾攻擊時,植物通過JA增強胰蛋白酶蛋白酶抑制劑基因表達的分子機制。
研究發(fā)現(xiàn)了一種新的蛋白酶抑制劑,命名為NaPI-like。它能夠賦予植物對斜紋夜蛾的抗性。NaPI-like基因的表達可被斜紋夜蛾口腔分泌物(OS)特異且高水平地誘導。過表達NaPI-like可顯著提高葉片胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性,而沉默該基因則降低胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性。相應地,斜紋夜蛾在NaPI-like沉默的植株上生長得更好。
NaPI是馬普化學生態(tài)所Ian Baldwin團隊前期發(fā)現(xiàn)的一個PI-II 型蛋白酶抑制劑(Zavala et al.,2004),而NaKTI2是中國科學院昆明植物研究所次生代謝分子調(diào)控專題組發(fā)現(xiàn)的一個Kunitz型蛋白酶抑制劑(Yin et al.,2021)。研究發(fā)現(xiàn),在野生型(WT)植株中,茉莉酸甲酯(MeJA)處理或傷口加斜紋夜蛾口腔分泌物處理(W OS)均能顯著誘導NaPI、NaPI-like及NaKTI2的表達。然而,在茉莉酸缺陷型irAOC植株中,經(jīng)W OS處理后,這三個基因的誘導表達程度均顯著降低,說明它們均受茉莉酸信號通路調(diào)控。
同時沉默NaMYC2a與NaMYC2b可顯著降低胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性,從而導致煙草的昆蟲抗性下降。凝膠阻滯與Dual-LUC實驗表明,NaMYC2a/b直接調(diào)控NaPI和NaKTI的表達,并間接調(diào)控NaPI-like的表達。
研究結果證實了NaMYC2a/b在昆蟲取食后通過調(diào)控NaPI、NaPI-like及NaKTI2表達來增強胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性的過程中起著關鍵作用,這為理解昆蟲取食過程中蛋白酶抑制劑的調(diào)控機制提供了新的見解。
相關研究成果以MYC2a/b?regulated protease inhibitors in defense against Spodoptera litura in Nicotiana attenuata為題在線發(fā)表于Plant Cell Reports。中國科學院昆明植物研究所與云南大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生趙陸滟為論文第一作者,吳勁松研究員和王蕾研究員為論文共同通訊作者,云南大學生命科學學院劉軍鐘研究員參與此項研究。研究得到了云南基礎研究重大項目(202401BC070015)和云南省創(chuàng)新團隊(202505AS350018)的支持。


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