PBJ | 中国农科学院植保所陈巨莲团队在麦蚜唾液蛋白激发小麦防御机制取得新进展

麦蚜是小麦上最重要的害虫，位列农业农村部公布的十大一类农业害虫之一，我国麦蚜（主要是麦长管蚜Sitobion avenae，在我国又称为荻草谷网蚜（Sitobion miscanthi）常年为害面积达2亿亩次，造成小麦减产20-30%，在大发生年份可造成60%的产量损失。培育和利用小麦抗蚜品种是最为经济有效和绿色的麦蚜防控措施。但由于目前针对麦蚜-小麦互作分子机制了解较少，抗蚜基因资源不足，造成小麦生产中抗蚜品种严重匮乏。近日，中国农业科学院植物保护研究所陈巨莲团队在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（SCI影响因子 13.8）在线发表题为"SmCSP4 from aphid saliva stimulates salicylic acid-mediated defence responses in wheat by interacting with transcription factor TaWKRY76” 的研究论文。该研究发现了麦长管唾液蛋白SmCSP4作为激发子与小麦转录因子TaWRKY76互作进而触发水杨酸（salicylic acid，SA）介导的防御反应信号途径，提高小麦抗虫性。

本团队前期研究发现麦长管蚜唾液可诱导小麦防御反应，通过唾液腺转录组测序发现4个化学感受蛋白基因，但其功能和作用机制未知。本研究发现其中一个化学感受蛋白SmCSP4在麦长管蚜唾液腺中高表达，Western blot结果证实SmCSP4在麦蚜取食过程中可被分泌到所取食的小麦叶片组织内。亚细胞定位结果发现SmCSP4定位在本生烟的细胞核内。为进一步分析SmCSP4调控小麦防御功能，利用细菌III型分泌系统将SmCSP4导入小麦叶片内实现瞬时过表达，经组织染色及生化检测发现SmCSP4可引起小麦胼胝质和过氧化氢大量积累。基因表达、激素水平以及室内生测等结果表明，SmCSP4在小麦叶片瞬时表达后主要激发SA介导的小麦防御反应通路，并导致麦蚜在小麦韧皮部取食历期缩短、蚜虫存活率与繁殖率显著下降。利用纳米材料介导的RNAi方法敲降SmCSP4后，麦蚜激发SA防御通路的能力下降，进一步证实了SmCSP4在触发小麦SA防御反应中的重要作用。采用酵母双杂交筛选小麦中的互作蛋白，结果表明SmCSP4可与小麦转录因子TaWRKY76互作；并利用双分子荧光互补（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）验证了两者互作关系。通过病毒诱导基因沉默（VIGS）抑制TaWRKY76基因表达后可导致SA含量升高及其降解酶DMR6基因表达量显著下降。进一步利用荧光素酶报告基因系统、GUS染色等方法发现TaWRKY76可与DMR6启动子结合激活其基因表达，但唾液蛋白SmCSP4和TaWRKY76互作后可抑制其转录激活活性，导致DMR6基因表达下降，SA含量增加，进而诱导下游防御信号途径并提高小麦抗蚜性。

研究结果进一步丰富了蚜虫-寄主植物的互作分子机制，为小麦抗蚜育种提供新思路。中国农业科学院植物保护研究所张勇副研究员为论文第一作者，陈巨莲研究员为通讯作者。比利时列日大学Frédércis Francis教授和中国农业科学院植物保护研究所范佳副研究员等共同参与了研究工作。该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFD1700304）、国家自然科学基金项目（31871979, 31901881）、中国农业科学院科技创新工程重大任务（CAAS-ZDRW202108）、中国与CABI合作基金项目（IVM10051）的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14139

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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