近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所糧食作物害蟲監(jiān)測與控制創(chuàng)新團(tuán)隊在植物學(xué)經(jīng)典期刊《植物雜志》（Plant Journal）在線發(fā)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(kuò)展蛋白EXP-A20基因在調(diào)控植醇介導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，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(zhì)進(jìn)一步誘導(dǎo)鄰近玉米植株產(chǎn)生對亞洲玉米螟（以下簡稱玉米螟）的防御反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)玉米擴(kuò)展蛋白EXP-A20是介導(dǎo)鄰近玉米植株對玉米螟產(chǎn)生防御反應(yīng)的關(guān)鍵基因。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)（VIGS）將玉米的 EXP-A20 基因沉默，結(jié)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(zhì)素合成相關(guān)的基因表達(dá)量顯著降低，木質(zhì)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(fā)育更快，為害更重。木質(zhì)素在調(diào)控植物抗性中發(fā)揮重要作用，可以通過增強(qiáng)細(xì)胞壁硬度來抵御咀嚼式口器害蟲的為害。當(dāng)將EXP-A20 基因沉默后，會通過降低木質(zhì)素含量，進(jìn)而降低細(xì)胞壁硬度，使植株更易受玉米螟為害。進(jìn)一步研究還明確了 EXP-A20 基因與乙烯合成關(guān)鍵酶基因 ACO31 能夠直接相互作用，表明擴(kuò)展蛋白可以直接結(jié)合和激活防御相關(guān)的酶來傳導(dǎo)信號。 當(dāng)利用外源性植醇誘導(dǎo)玉米時發(fā)現(xiàn)，外源性植醇可以增強(qiáng)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(xì)胞壁防御通路的上游。上述研究結(jié)果表明 EXP-A20 在調(diào)控玉米對植食性昆蟲的抗性反應(yīng)中發(fā)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(xì)胞壁發(fā)生木質(zhì)化，從而提高對玉米螟的抗性。研究結(jié)果為明確復(fù)雜田間條件下玉米和玉米螟/草地貪夜蛾的互作關(guān)系提供了理論參考，也為通過利用揮發(fā)性有機(jī)化合物和植物間相互作用增強(qiáng)玉米持久、廣譜的抗蟲性開辟了新途徑。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)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(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所的博士后Muhammad Jawad Umer參與相關(guān)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32272545），國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-02-26）以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目的資助。

 

　　文章鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.17186