PCE | 中国农业科学院王振营团队揭示玉米基因型差异对耐害和生长之间权衡的影响

植物必须有效抵御病虫害胁迫才能在自然界生存，其受病虫害胁迫时常分配更多的资源用于抵御，导致生长和产量降低，故二者间被认为存在着“此消彼长”的平衡（defense-growth trade-offs）关系。植物生长与防御之间的动态平衡受基因型变异、病虫为害程度以及环境等多种因素的影响。玉米作为一种驯化历史悠久的重要粮食作物，其不同自交系之间存在着广泛遗传变异，在田间自然条件下不同玉米自交系间生长与抗虫间的关系如何，以及其调控机制尚不清楚。

近期，中国农业科学院植物保护研究所王振营研究员和中国科学院昆明植物所齐金峰副研究员合作在Plant, Cell & Environment发表了题为“Genotypic variation in field-grown maize eliminates trade-offs between resistance, tolerance and growth in response to high pressure from the Asian corn borer”的论文，揭示了玉米基因型差异会消减生长与其对玉米螟防御的动态平衡。

基于153个美国解禁玉米自交系对玉米螟抗性的大田鉴定结果，研究者筛选了5个抗螟和5个感螟自交系作为研究材料，对田间自然条件下感抗玉米自交系在玉米螟取食诱导后的抗螟性、耐螟性、农艺形状以及植物激素、防御物质和相关基因进行测定，系统分析了玉米对玉米螟的组成抗性、诱导抗性、诱导后抗性、耐害性和玉米生长间的关系，并解析了潜在的调控分子机制。

研究表明抗虫自交系的被诱导能力比感虫自交系弱，但在诱导后整体抗性显著高于感虫自交系，说明抗虫玉米在诱导前后都保持较高的抗性水平。玉米对玉米螟的抗性程度与苯并噁嗪酮类物质 (Bxs) 含量有关，与诱导的茉莉酸（JA）或茉莉酸-异亮氨酸轭合物（JA-Ile）绝对水平无关。通过对玉米螟取食诱导的Bxs含量、基因表达量和抗虫性的相关性分析，研究者筛选到三个与 Bxs 生物合成相关的转录因子，分别是NAC60、WRKY1 和 WRKY46。又进一步将三个转录因子在玉米原生质体中过表达发现NAC60、WRKY1 和WRKY46 过表达显著提高玉米 JA 和水杨酸（SA）的水平，降低生长素（IAA）水平，且 NAC60 和 WRKY1 正调控 Bxs 的积累，推测其可能是调节玉米生长防御权衡的关键转录因子。此外，在10 个自交系中未观察到抗虫性、耐害性和生长间的权衡，推测玉米基因型特异性的代谢和基因特征是消除这种权衡的重要因素。该研究强调了在复杂的田间条件下玉米抗虫和生长之间的动态平衡，证明了同时培育抗虫和高产玉米品种的可能性，为抗虫高产玉米的精准育种提供了重要的理论基础和潜在靶标。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14458

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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