近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物害虫监测与控制创新团队在植物学经典期刊《植物杂志》(Plant Journal)在线发表了题为“Phytol-induced interplant signaling in maize facilitates EXP-A20-driven resistance through ACO31-dependent ethylene accumulation against Ostrinia furnacalis”的研究论文。研究揭示了玉米扩展蛋白EXP-A20基因在调控植醇介导的玉米植株间信息交流及提高玉米抗螟性的功能。
本研究揭示，当玉米植株受到球孢白僵菌的影响时，在草地贪夜蛾的侵害下会释放出植醇。植醇作为一种信号分子，可以诱导周围的玉米植株对亚洲玉米螟（以下简称“玉米螟”）产生防御反应。进一步的研究确定了玉米中的扩展蛋白EXP-A20是触发这种邻近植株防御反应的关键基因。
通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术使玉米的EXP-A20基因表达被抑制后，实验结果显示与未处理的对照组相比，这些基因沉默的玉米植株中与乙烯和木质素合成相关的基因表达减少，木质素水平显著降低。在接种玉米螟幼虫后，观察到幼虫在EXP-A20基因沉默的植株上生长速度更快、造成的损害更严重。这是因为木质素对于植物的抗性至关重要，它通过增加细胞壁的硬度来抵御咀嚼式口器害虫的攻击。而EXP-A20基因的沉默则导致木质素含量下降，细胞壁变软，从而使植株更容易受到玉米螟的侵害。
此外，研究还表明EXP-A20基因能够直接与乙烯合成的重要酶基因ACO31相互作用，这暗示着扩展蛋白可以直接结合并激活与防御有关的酶来传递信号。外源添加植醇可以增强正常玉米植株对玉米螟的抵抗力，但对于EXP-A20基因沉默的植株则没有效果，这表明EXP-A20位于由植醇激活的激素-细胞壁防御途径的上游。
综上所述，该研究强调了EXP-A20在调节玉米对抗食植昆虫的防御反应中的关键角色，可能通过响应由球孢白僵菌和草地贪夜蛾取食引发的植醇信号，刺激玉米释放乙烯，并促进细胞壁木质化，以提高对玉米螟的抵抗能力。此研究成果不仅为理解复杂农田环境中玉米与玉米螟/草地贪夜蛾之间的互动提供了理论依据，也为通过利用挥发性有机化合物和植物间通讯来增强玉米持久且广泛的抗虫性能开辟了新的方向。
中国农业科学院植物保护研究所为论文的第一完成单位。已出站博士后Raufa Batool为第一作者，郭井菲副研究员和王振营研究员为共同通讯作者，张永军研究员和中国农业科学院棉花研究所的博士后Muhammad Jawad Umer参与相关工作。该研究得到了国家自然科学基金（32272545），国家玉米产业技术体系（CARS-02-26）以及中国农业科学院创新工程等项目的资助。
