本网讯 近日，安徽农业大学生命科学学院作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李培金教授团队在期刊Plant, Cell & Environment（PCE）上发表了题为 “Inactivation of RPX1 in Arabidopsis confers resistance to Plutella xylostella through the accumulation of the homoterpene DMNT”的研究论文。该研究揭示了eIF4E家族的新型帽子结合蛋白RPX1 （resistance to Plutella xylostella）参与拟南芥抵御十字花科害虫小菜蛾侵食的分子机制。
虫害对作物产量和品质有严重影响。小菜蛾是一种广泛分布的鳞翅目害虫，主要以花椰菜和卷心菜等十字花科作物为食，爆发频率高，常给农业生产带来巨大经济损失。因此，发掘抗虫基因，构建抗性种质具有重要的理论和应用价值。
在与害虫的长期的“竞赛和对抗”中，植物已经进化出形式多样的能力来对抗虫害。在受到侵害时，植物能合成一系列的挥发性防御性代谢物，形成直接或间接防御，其中包括萜烯类化合物如（3E）-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（DMNT）和（E,E）-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯（TMTT）。在之前的研究中，李培金教授团队发现，DMNT通过破坏昆虫中肠的围食膜结构（PM），在直接杀死小菜蛾幼虫方面发挥了重要作用（eLife 2021, DOI: 10.7554/eLife.63938）。但DMNT生物合成关键基因的调控研究有待进一步深入。
研究发现，RPX1突变导致了DMNT合成关键基因PEN1表达水平升高和DMNT积累，提高了植物对害虫的抗性。强制性饲喂实验显示，rpx1突变体能导致小菜蛾中肠围食膜结构（PM）被破坏，说明突变体中DMNT的积累是导致害虫排斥性和死亡率提高的重要因素之一。同时，同位素2H标记的DMNT-2H运输实验证实DMNT在根中合成，并且运输到地上部分发挥杀虫作用。在小菜蛾侵害24小时后，Col-0和rpx1突变体中JA和SA的含量均有增加但变化程度不同，说明JA和SA可能也在rpx1对小菜蛾的抗性中也发挥着重要作用。此外，小菜蛾侵害能引起RPX1-GFP降解，可能进而使植物产生抗虫性。更为重要的是，rpx1突变对植物种子产量没有显著负面影响，为后期利用基因编辑技术开发应用RPX1基因，开展植物抗虫分子育种的工作提供了一条可能途径。
生命科学学院博士生陈红亿、陈晨、黄世界和赵孟洁为论文共同第一作者，李培金教授为通讯作者，安徽农业大学为该论文第一通讯单位。这项研究工作得到了安徽省重大科技专项和国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14528
日期：2023-02-01
