中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所揭示基因型差異消除玉米生長(zhǎng)與其對(duì)玉米螟防御的動(dòng)態(tài)平衡

　　近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所糧食作物害蟲監(jiān)測(cè)與控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊《Plant, Cell & Environment》發(fā)表了題為“Genotypic variation in field-grown maize eliminates trade-offs between resistance, tolerance and growth in response to high pressure from the Asian corn borer”的論文，揭示了玉米的基因型差異會(huì)消減玉米生長(zhǎng)與其對(duì)玉米螟防御的動(dòng)態(tài)平衡。

 

　　植物必須有效抵御病蟲害脅迫才能在自然界生存，因此，植物在面對(duì)病蟲害脅迫時(shí)，會(huì)分配更多的資源用于抵御病蟲害的進(jìn)攻，但防御通常伴隨著生長(zhǎng)和產(chǎn)量的降低，二者間被認(rèn)為存在著“此消彼長(zhǎng)”的平衡（defense-growth trade-offs）關(guān)系。植物生長(zhǎng)與防御之間的動(dòng)態(tài)平衡會(huì)受到植物基因型變異、病蟲為害程度以及環(huán)境等多種因素的影響。玉米作為一種馴化歷史悠久的重要的糧食作物，其不同自交系之間存在著廣泛的遺傳變異，那么在田間自然條件下不同玉米自交系間生長(zhǎng)與抗蟲間的關(guān)系如何，以及其調(diào)控機(jī)制尚不清楚。研究首先基于153個(gè)美國(guó)解禁玉米自交系對(duì)亞洲玉米螟抗性大田鑒定結(jié)果篩選了5個(gè)心葉期抗螟和5個(gè)感螟自交系作為研究材料，對(duì)田間自然條件下感抗玉米自交系在玉米螟取食誘導(dǎo)后的抗螟性、耐螟性、農(nóng)藝形狀以及植物激素、防御物質(zhì)和相關(guān)基因進(jìn)行了測(cè)定，系統(tǒng)分析了玉米對(duì)玉米螟的組成抗性、誘導(dǎo)抗性、誘導(dǎo)后抗性、耐害性和玉米生長(zhǎng)間的關(guān)系，并解析了調(diào)控幾者關(guān)系的潛在分子機(jī)制。

 

　　研究表明抗蟲自交系的被誘導(dǎo)能力比感蟲自交系弱，但在誘導(dǎo)后的整體抗性顯著高于感蟲自交系，說明抗蟲玉米在誘導(dǎo)前后都會(huì)保持較高的抗性水平。玉米對(duì)玉米螟抗性的大小與苯并噁嗪酮類物質(zhì)（Bxs）含量有關(guān)，但與誘導(dǎo)的茉莉酸（JA）或茉莉酸-異亮氨酸軛合物（JA-Ile）絕對(duì)水平無關(guān)。通過對(duì)玉米螟取食誘導(dǎo)的Bxs含量、基因表達(dá)量和抗蟲性的相關(guān)性分析，我們篩選到了3個(gè)與Bxs生物合成相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，分別是NAC60、WRKY1和WRKY46。又進(jìn)一步將3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在玉米原生質(zhì)體中過表達(dá)，發(fā)現(xiàn)NAC60、WRKY1和WRKY46過表達(dá)可顯著提高玉米JA和水楊酸（SA）的水平，而降低生長(zhǎng)素（IAA）的水平，且NAC60和WRKY1正調(diào)控Bxs的積累，推測(cè)其可能是調(diào)節(jié)玉米的生長(zhǎng)防御權(quán)衡的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。此外，在10個(gè)自交系中未觀察到抗蟲性、耐害性和生長(zhǎng)間的權(quán)衡，推測(cè)玉米基因型特異性的代謝和基因特征是消除了這種權(quán)衡的重要因素。本研究強(qiáng)調(diào)了在復(fù)雜的田間條件下玉米抗蟲和生長(zhǎng)存在和諧共存的空間，證明了同時(shí)培育抗蟲和高產(chǎn)玉米品種的可能性，也為抗蟲高產(chǎn)玉米的精準(zhǔn)育種提供重要的理論基礎(chǔ)和潛在靶標(biāo)。

 

　　中國(guó)農(nóng)科院植保所郭井菲副研究員為第一作者，中國(guó)農(nóng)科院植保所王振營(yíng)研究員與中國(guó)科學(xué)院昆明植物所齊金峰副研究員為論文共同通訊作者。中國(guó)農(nóng)科院植保所張永軍研究員、何康來研究員以及作物科學(xué)研究所李明順研究員參與了此項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、博士后基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14458