分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心毛穎波研究組揭示綠盲蝽拮抗棉鈴蟲取食棉花的分子機制

文章來源:分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心  |  發(fā)布時間:2024-09-27  |  【打印】 【關(guān)閉

  

2024年9月24日,Molecular Plant?在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心毛穎波研究組題為“Mirids secrete aTOPLESStargeting protein to enhance JA-mediated defense and gossypol accumulation for antagonizing cotton bollworms on cotton plants”的研究論文。該研究揭示了綠盲蝽分泌蛋白ASP1,通過靶定植物轉(zhuǎn)錄共抑制因子TOPLESS,破壞NINJA-TOPLESS轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體的形成,增強茉莉素 (Jasmonate,JA) 介導(dǎo)的植物防御反應(yīng)及棉花中主要抗蟲物質(zhì)棉酚的積累,進而抑制棉鈴蟲取食棉花的分子機制。

自然界中,取食同一宿主植物的植食性昆蟲間存在復(fù)雜的種間關(guān)系,如互幫互助或相互拮抗。兩種昆蟲共同取食宿主植物時,相互拮抗的現(xiàn)象廣泛存在,但其背后的機制仍然未知。刺吸式昆蟲綠盲蝽 (Apolygus lucorum)與咀嚼式昆蟲棉鈴蟲 (Helicoverpa armigera)是棉田常見害蟲,也是造成棉花減產(chǎn)的主要因素。研究組之前的研究發(fā)現(xiàn),棉花茉莉素途徑主要參與對棉鈴蟲的防御,而水楊酸途徑主要參與對綠盲蝽的防御(Chen et al.,2020)。在該項研究中,研究組發(fā)現(xiàn)當(dāng)綠盲蝽與棉鈴蟲共同取食棉花時,會抑制彼此的生長,產(chǎn)生相互拮抗的種間關(guān)系。

研究人員通過收集綠盲蝽口器分泌物并進行蛋白組解析,鑒定到一分泌蛋白ASP1 (A. lucorumSecretory Protein 1),它可伴隨著綠盲蝽取食進入棉葉組織并定位于細胞核中。ASP1與植物中轉(zhuǎn)錄共抑制因子TOPLESS(TPL)互作,抑制NINJA對TPL的招募,破壞轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體的組裝,進而誘導(dǎo)茉莉素JA介導(dǎo)的植物防御反應(yīng)及棉花抗蟲物質(zhì)棉酚的積累,有效的抑制了棉鈴蟲對棉花的取食。有意思的是,ASP1誘導(dǎo)的棉花防御并不影響綠盲蝽取食。綠盲蝽為刺吸式口器昆蟲,它通過將口針刺入植物葉肉細胞吸取汁液,獲取營養(yǎng)。觀察綠盲蝽取食后的棉花葉片,發(fā)現(xiàn)其中大部分腺體殘留。綠盲蝽的這一取食特性使得綠盲蝽能夠在取食的過程中避開棉花的腺體,從而對棉酚類化合物不敏感。該研究揭示了綠盲蝽通過分泌蛋白ASP1操縱棉花防御反應(yīng),抑制其“對手”棉鈴蟲取食,以保護自身的食物資源。該研究對理解植食性昆蟲相互拮抗的種間關(guān)系及植物-多種昆蟲互作提供了新的視角。由于茉莉素是植物中保守的抗蟲激素,綠盲蝽通過操縱植物茉莉素途徑的“護食”機制也為防控蟲害提供了新思路,ASP1為開發(fā)新的抗蟲作物提供了基因資源。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心已畢業(yè)博士牟雨沛為該論文第一作者,毛穎波研究員為通訊作者。研究組成員王牧陽博士、陳殿陽博士(已畢業(yè))、張鮮博士(已畢業(yè))、研究生劉宇杰(已畢業(yè))、祝銘玉、湯印,中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的林嘉玲博士,陳曉亞研究員與王成樹研究員以及山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所上官小霞副研究員參與了該研究;感謝中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心公共技術(shù)服務(wù)中心對該項研究的幫助;感謝浙江師范大學(xué)研究生房逸韜對模型圖繪制的幫助。該研究得到了農(nóng)業(yè)生物育種重大專項、國家自然科學(xué)基金以及上海市科學(xué)技術(shù)委員會項目的資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.09.008

綠盲蝽操縱棉花防御系統(tǒng)拮抗棉鈴蟲取食的模式圖