中科院昆明植物所吴建强组发现玉米MYC2s调控玉米抗虫响应的机制研究

玉米（Zea mays）是重要的粮食、饲料和生物能源作物，对我国粮食安全具有举足轻重的战略作用，而虫害严重影响玉米的产量和品质。茉莉酸（Jasmonic acid，JA）是重要的植物激素，在植物响应昆虫取食的过程中发挥着重要的信号作用。MYC2是JA信号转导途径中关键的转录因子，调控JA介导的防御响应基因的转录表达。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）、番茄（Solanum lycopersicum）和水稻（Oryza sativa）中，MYC2调控JA介导的抗虫防御机制被广泛研究，但玉米中MYC2如何调控JA介导的抗虫防御响应的分子机制仍然不清楚。

近日，JIPB在线发表了题为“ZmMYC2s play important roles in maize responses to simulated herbivory and jasmonate”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13‍404）。该研究发现，在玉米中，ZmMYC2s通过与多个丁布类化合物（Benzoxazinoids，BXDs）和挥发性萜烯化合物（Volatile terpenes）合成基因的启动子结合，快速激活这些抗虫次生代谢物的合成。同时，ZmMYC2s还与多个下游转录因子形成转录调控网络，进一步增强玉米的抗虫防御响应。此外，ZmMYC2s还调节玉米雄穗的性别决定过程。

ZmMYC2s调控玉米对昆虫取食的抗虫响应以及玉米雄穗的性别决定过程

W+OS：模拟昆虫取食，ns：无显著性差异，nd：没有检测到。

吴建强课题组研究发现，玉米中的两个MYC2同源基因ZmMYC2a和ZmMYC2b同时敲除的myc2ab双突变体对两种主要害虫粘虫（Mythimna separata）和草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）的抗性显著减弱，并出现了雄穗雌性化的表型。进一步的分子机制研究表明，ZmMYC2s与丁布合成酶基因IGPS1/3和BX10/11/12/14和萜烯合成酶基因TPS10/2/3/4/5/8的启动子结合，直接调控这些基因的转录以适应快速合成抗虫化合物的需求。课题组在玉米原生质体中建立了CUT&Tag-Seq体系，发现15964个玉米基因的启动子存在ZmMYC2s结合位点（P≤ 1e-10）。结合RNA-Seq数据分析发现，ZmMYC2s直接调控1404个JA响应基因的转录表达。22个响应模拟昆虫取食和MeJA处理的转录因子受到ZmMYC2s直接调控，ZmMYC2s可能与这些转录因子形成转录调控网络，增强玉米的抗虫防御响应。

吴建强课题组近年来在玉米抵御昆虫取食的研究中取得一系列进展，建立了高效的玉米原生质体转染系统以利于高通量的抗虫基因筛选及基因功能研究(Gao et al., 2019)，揭示了玉米如何在被取食的本地叶片产生抗虫响应(Qi et al., 2016)以及抗虫信号传递到未被取食的系统性叶片预警其增强抗虫响应(Malook et al., 2019; Malook et al., 2021)，揭示了蛋白激酶MPK6和乙烯途径负调控玉米抗虫响应的分子机制(Zhang et al., 2021)。这篇论文进一步揭示了ZmMYC2s调控JA介导的抗虫防御响应的分子机制。博士生马灿容为该论文的第一作者，王蕾副研究员和吴建强研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院战略重点研究计划、国家自然科学基金和云南省创新团队项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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