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安徽农业大学李培金课题组揭示RPX1对鳞翅目害虫小菜蛾的抗性机制

科技前沿2023-01-26 18:52
虫害严重影响作物的产量和品质。小菜蛾是一种广泛分布的鳞翅目害虫，主要以花椰菜和卷心菜等十字花科作物为食，爆发频率高，常给农业生产带来巨大经济损失。

在与害虫的长期“竞赛和对抗”中，植物已经进化出形式多样的能力来对抗虫害。在受到侵害时，植物合成一系列的挥发性防御性代谢物，包括萜烯类化合物如（3E）-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（DMNT）和（E,E）-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯（TMTT），形成直接或间接防御。该课题组前期研究发现，DMNT通过破坏昆虫中肠的围食膜结构（PM），在直接杀死小菜蛾幼虫方面发挥了重要作用（eLife 2021, DOI: 10.7554/eLife.63938）。但DMNT生物合成关键基因的调控有待进一步深入研究。

近日，安徽农业大学生命科学学院作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李培金教授团队在Plant, Cell & Environment上发表了题为 “Inactivation of RPX1 in Arabidopsis confers resistance to Plutella xylostella through the accumulation of the homoterpene DMNT”的研究论文，揭示了eIF4E家族的新型帽子结合蛋白RPX1 (resistance to Plutella xylostella)调控拟南芥抵御十字花科害虫小菜蛾侵食的分子机制。

研究发现，RPX1突变导致DMNT合成关键基因PEN1表达水平升高和DMNT积累，提高了植物对害虫的抗性。强制性饲喂实验显示，rpx1突变体导致小菜蛾中肠围食膜结构（PM）破坏，说明突变体中DMNT的积累是导致害虫排斥性和死亡率提高的重要因素之一。同时，同位素2H标记的DMNT-2H运输实验证实DMNT在根中合成，运输到地上部分发挥杀虫作用。在小菜蛾侵害24小时后，Col-0和rpx1突变体中JA和SA的含量均有增加但变化程度不同，说明JA和SA可能在rpx1对小菜蛾的抗性中也发挥着重要作用。此外，小菜蛾侵害引起RPX1-GFP降解，进而使植物产生抗虫性。更为重要的是，rpx1的植物种子产量没有显著负面影响，为后期利用基因编辑技术开发应用RPX1基因，开展植物抗虫分子育种的工作提供了一条可能途径。


安徽农业大学生命科学学院博士生陈红亿、陈晨、黄世界和赵孟洁为论文共同第一作者，李培金教授为通讯作者，安徽农业大学为该论文第一通讯单位。该研究得到了安徽省重大科技专项和国家自然科学基金等项目的支持。



论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14528

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