PCE | 河北大学揭示植物间通讯介导的植物抗虫机制

学术 2025-01-07 10:16 湖北

植物间通讯在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要作用。植物在遭受昆虫为害时可以通过释放挥发性物质（herbivore-induced plant volatiles, HIPVs），一方面调节临近植物的抗虫反应，提高临近植物的抗虫性（如增强抗虫物质的合成），另一方面也可以驱避害虫和吸引害虫天敌来防御害虫的侵害。水杨酸甲酯（Methyl salicylate）是蚜虫为害后诱导植物释放一种重要的挥发性物质。近期，Gong等（2023）揭示了MeSA介导的植物气传性免疫的分子机制，但关于MeSA在植物诱导防御过程中的作用还需要深入研究。

河北大学孙江华团队康志伟副教授发现，外源MeSA处理后，麦蚜的生长发育和选择偏好性受到显著抑制；同时，麦蚜寄生性天敌短翅蚜小蜂的选择偏好性显著升高（图1）。深入研究发现，MeSA处理启动了小麦的抗虫防御机制，防御激素水杨酸（图2）和抗虫类化合物（丁布和黄酮）的含量显著升高（图3）。体外生测显示，丁布和两种黄酮类化合物对麦长管蚜具有杀虫活性（图4-5）。通过对MeSA处理后小麦挥发物进行分析，发现MeSA处理引起健康小麦释放MeSA，而气味结合蛋白OBP4介导了麦蚜寄生蜂短翅蚜小蜂对MeSA的识别过程（图6）。

图1. MeSA处理对小麦抗蚜性的影响

图2. MeSA处理对小麦防御激素的影响

图3. MeSA处理诱导了小麦防御化合物的积累

图4. 不同浓度丁布对麦长管蚜生长发育和生殖的影响

图5. 不同浓度黄酮类化合物对麦长管蚜生长发育和生殖的影响

图6. 短翅蚜小蜂气味结合蛋白OBP4介导了短翅蚜小蜂对MeSA的识别

上述结果近期被Plant Cell & Environment发表，河北大学生命科学学院2023级博士李真祥、2022级硕士景士钊和河北农业大学植物保护学院王达副教授为第一作者，中国农业科学院植物保护研究所谭晓玲副研究员、北京市农林科学院渠成助理研究员和河北大学康志伟副教授为通讯作者，河北大学硕士研究生宋子超、王赛歌、孙江华教授、刘芳华教授，河北农业大学硕士研究生安博阳、北京市农林科学院邸宁副研究员和英国Mamore Research and Innovation Limited的Gudbjorg Inga Aradottir博士为论文的共同作者。该项研究得到山东省自然科学基金青年项目（ZR2021QC053）、国家自然科学基金项目（32102194）、青年创新团队项目(QNTD202405)、河北大学青年拔尖人才项目（050001-513300201004）和河北省自然科学基金创新群体（C202201042）的资助。中国科学院昆明植物研究所植物齐金峰副研究员、山东农业大学许永玉教授和陈珍珍副教授在实验进行过程中提供了大力支持。

论文信息：Li ZX#, Jing SZ#, Wang D#, Song ZC, An BY, Wang SG, Liu FH, Di N, Aradottir GI, Sun JH, Tan XL*, Qu C*, Kang ZW*. Plant volatile methyl salicylate primes wheat defense against the grain aphid by altering the synthesis of defense metabolites. Plant Cell & Environment, Doi: 10.1111/pce.15351.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pce.15351

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