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當(dāng)植物受到害蟲(chóng)取食后，會(huì)快速激活防御基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而提高植物對(duì)昆蟲(chóng)的抗性。其中，胰蛋白酶蛋白酶抑制劑(TPI)是植物抵御昆蟲(chóng)的重要“化學(xué)武器”。它可以抑制昆蟲(chóng)腸道內(nèi)的蛋白消化過(guò)程，從而延緩昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)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(chóng)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(dá)的分子機(jī)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(chóng)，危害多種重要的經(jīng)濟(jì)作物。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所次生代謝分子調(diào)控專(zhuān)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(shí)，植物通過(guò)JA增強(qiáng)胰蛋白酶蛋白酶抑制劑基因表達(dá)的分子機(jī)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(duì)斜紋夜蛾的抗性。NaPI-like基因的表達(dá)可被斜紋夜蛾口腔分泌物(OS)特異且高水平地誘導(dǎo)。過(guò)表達(dá)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(yīng)地，斜紋夜蛾在NaPI-like沉默的植株上生長(zhǎng)得更好。

NaPI是馬普化學(xué)生態(tài)所Ian Baldwin團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)的一個(gè)PI-II 型蛋白酶抑制劑(Zavala et al.,2004)，而NaKTI2是中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所次生代謝分子調(diào)控專(zhuān)題組發(fā)現(xiàn)的一個(gè)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(dǎo)NaPI、NaPI-like及NaKTI2的表達(dá)。然而，在茉莉酸缺陷型irAOC植株中，經(jīng)W OS處理后，這三個(gè)基因的誘導(dǎo)表達(dá)程度均顯著降低，說(shuō)明它們均受茉莉酸信號(hào)通路調(diào)控。

同時(shí)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(dǎo)致煙草的昆蟲(chóng)抗性下降。凝膠阻滯與Dual-LUC實(shí)驗(yàn)表明，NaMYC2a/b直接調(diào)控NaPI和NaKTI的表達(dá)，并間接調(diào)控NaPI-like的表達(dá)。

研究結(jié)果證實(shí)了NaMYC2a/b在昆蟲(chóng)取食后通過(guò)調(diào)控NaPI、NaPI-like及NaKTI2表達(dá)來(lái)增強(qiáng)胰蛋白酶蛋白酶抑制劑活性的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，這為理解昆蟲(chóng)取食過(guò)程中蛋白酶抑制劑的調(diào)控機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。

相關(guān)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(guó)科學(xué)院昆明植物研究所與云南大學(xué)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉軍鐘研究員參與此項(xiàng)研究。研究得到了云南基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目(202401BC070015)和云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(202505AS350018)的支持。