MYC2调控玉米丁布类代谢物及茉莉酸浸种提高作物抗虫性的研究

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茉莉酸(Jasmonates,JAs)信号途径通过调控抗虫次生代谢物的合成在植物抵御昆虫取食中发挥重要的功能,而转录因子MYC2是调控大多数茉莉酸响应基因表达的关键转录因子。模拟粘虫取食诱导玉米自交系A188中JA及JA的活性物质—茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)的含量增加,两个玉米MYC2同源基因ZmMYC2-1和ZmMYC2-2的转录上调,说明茉莉酸途径及MYC2在玉米中可能参与对粘虫的防御反应。为了明确MYC2在玉米中的功能,获得了基因沉默ZmMYC2的两个纯合不同单拷贝插入的转基因植物:RNAiZmMYC2-AA与RNAiZmMYC2-BB,在这两个玉米MYC2沉默株系中,ZmMYC2-1的转录分别降低了77%和69%,ZmMYC2-2的转录分别降低了68%和61%,说明A188中的两个MYC2均被有效沉默。RNAiZmMYC2-AA植物相对于A188植物上的粘虫(Mythimna separata)重量增加了13.6%,禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)的存活率升高了18%。此外,在模拟粘虫取食后,玉米MYC2沉默植物中的抗虫次生代谢物丁布的含量降低,同时多个丁布合成酶基因(BXs)的转录表达降低。大多数BXs的启动子区域存在MYC2结合位点,说明MYC2可能直接调控丁布合成基因的表达。在玉米原生质体中过表达ZmMYC2可以促进BX11及BX13启动子所连接的报告基因表达增加,表明玉米MYC2可能结合在这两个基因的启动子区并上调其表达。综上,玉米MYC2可能通过上调丁布合成基因的转录来增加抗虫物质丁布类物质的合成并因此增强玉米对粘虫的抗性。  为了明确茉莉酸浸种能否使作物的抗虫性增强,以云烟87作为模式植物进行研究。生物测定了JA浸种后云烟87对斜纹夜蛾(Spodoptera litura)的抗性,发现生长在JA浸种后的云烟87幼苗上的斜纹夜蛾幼虫重量比对照植物上的降低了15%。JA浸种后云烟87幼苗可以被模拟斜纹夜蛾取食诱导出更多的JA(多41%)和JA-Ile(多42%)。JA浸种后云烟87幼苗在斜纹夜蛾取食后的抗虫次生代谢物如咖啡酰丁二胺、二咖啡酰亚精胺、尼古丁、二萜糖苷的含量分别增加了60%,79%,19%,29%,胰蛋白酶抑制剂活性增强了80%。同时,JA浸种后6周大的云烟87植株干重并不低于对照植株。JA浸种不但可以经济简便地增强栽培烟草的抗虫性,还不影响其产量,可以作为一种新型的害虫绿色防控措施应用于防治烤烟中的虫害。
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