江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所方繼朝團(tuán)隊(duì)揭示稻飛虱唾液中卵黃原蛋白抑制植物免疫的作用機(jī)理

　　7月14日，New Phytologist（影響因子10.15）在線發(fā)表了江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院方繼朝團(tuán)隊(duì)的研究論文“Vitellogenin from planthopper oral secretion acts as a novel effector to impair plant defenses”。該研究發(fā)現(xiàn)，灰飛虱唾液中存在的卵黃原蛋白（Vitellogenin，Vg），其C端多肽（VgC）作為一種新的效應(yīng)子，經(jīng)取食分泌到水稻體內(nèi)時(shí)，與水稻中免疫調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子互作，有效削弱H2O2介導(dǎo)的植物防御反應(yīng)，從而有利于灰飛虱的持續(xù)取食。

 

　　作物與其害蟲之間一直存在共同進(jìn)化的“軍備”競(jìng)賽。作物通過(guò)受體識(shí)別與感知害蟲的相關(guān)分子信號(hào)并激活復(fù)雜的防御反應(yīng)。相應(yīng)地，害蟲也進(jìn)化出各種對(duì)抗策略來(lái)逃避與破解植物的防御反應(yīng)，分泌效應(yīng)子至宿主作物體內(nèi)就是其中的重要策略之一。解析“害蟲-作物”對(duì)抗的分子機(jī)制，對(duì)于制定可持續(xù)治理害蟲的有效對(duì)策、研發(fā)新的綠色防治技術(shù)，具有重要價(jià)值。

 

　　眾所周知，卵黃原蛋白是卵黃蛋白的前體，后者參與昆蟲等絕大部分卵生動(dòng)物生殖過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)、免疫等生理過(guò)程。但最近，在灰飛虱（Laodelphax striatellus，SBPH）等幾種刺吸式害蟲的唾液中檢測(cè)到Vg，其功能不明。

 

　　本文作者通過(guò)RNA干擾、植物防御信號(hào)分子測(cè)定以及蛋白互作等方法，研究了SBPH分泌的Vg介導(dǎo)作物-害蟲互作的分子機(jī)制。VgC在SBPH取食時(shí)被分泌到水稻植株中。VgC作為效應(yīng)子明顯減弱水稻的防御反應(yīng)，進(jìn)而提高害蟲的取食量和存活率：沉默Vg導(dǎo)致SBPH若蟲在水稻上取食量和存活率顯著降低，并促進(jìn)水稻中H2O2的積累；而在植物中過(guò)表達(dá)VgC可抑制H2O2的積累，并有利于害蟲的取食和存活。

 

　　通過(guò)蛋白互作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，VgC主要在植物細(xì)胞核內(nèi)直接與轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY71互作，并干擾其轉(zhuǎn)錄激活活性，進(jìn)而抑制OsWRKY71下游防御相關(guān)靶基因的表達(dá)。另外，在水稻中過(guò)表達(dá)OsWRKY71，也增強(qiáng)H2O2的誘導(dǎo)積累，并顯著提高水稻植株對(duì)SBPH的抗性。

 

　　綜上所述，水稻細(xì)胞識(shí)別SBPH的取食以及分泌的激發(fā)子，層層傳輸信號(hào)誘導(dǎo)OsWRKY71的上調(diào)表達(dá)，并誘導(dǎo)H2O2的產(chǎn)生和其他潛在的防御機(jī)制。為阻斷此植物防御，SBPH分泌效應(yīng)子VgC至水稻細(xì)胞，在細(xì)胞核中與OsWRKY71互作，并抑制其轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而抑制OsWRKY71介導(dǎo)的飛虱抗性。因此SBPH取食激發(fā)的植物防御信號(hào)途徑被抑制，而利于昆蟲取食和存活。

 

　　植保所紀(jì)銳和付健美博士為該論文共同第一作者，方繼朝研究員為通訊作者。原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17620 。

 

　　此外，該團(tuán)隊(duì)紀(jì)銳、付健美、方繼朝等近期在稻飛虱唾液中還發(fā)現(xiàn)一種激發(fā)子--二硫鍵異構(gòu)酶（進(jìn)入植物細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，誘導(dǎo)依賴于鈣離子信號(hào)途徑的水稻胼胝質(zhì)形成、活性氧爆發(fā)與茉莉酸介導(dǎo)的防御反應(yīng)）和另一種效應(yīng)子--鈣離子結(jié)合蛋白（抑制水稻細(xì)胞質(zhì)中鈣離子積累及下游免疫反應(yīng)），于2021年分別發(fā)表在Frontiers in Plant Science （IF 5.75）和Pest Management Science （IF 4.85）。

 

　　論文鏈接：

 

　　https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.622513/full，

 

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ps.6252