近日，中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所糧食作物害蟲監(jiān)測與控制創(chuàng)新團隊在國際知名期刊《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消減玉米生長與其對玉米螟防御的動態(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，植物在面對病蟲害脅迫時，會分配更多的資源用于抵御病蟲害的進攻，但防御通常伴隨著生長和產(chǎn)量的降低，二者間被認為存在著“此消彼長”的平衡（defense-growth trade-offs）關(guān)系。植物生長與防御之間的動態(tài)平衡會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與抗蟲間的關(guān)系如何，以及其調(diào)控機制尚不清楚。研究首先基于153個美國解禁玉米自交系對亞洲玉米螟抗性大田鑒定結(jié)果篩選了5個心葉期抗螟和5個感螟自交系作為研究材料，對田間自然條件下感抗玉米自交系在玉米螟取食誘導后的抗螟性、耐螟性、農(nóng)藝形狀以及植物激素、防御物質(zhì)和相關(guān)基因進行了測定，系統(tǒng)分析了玉米對玉米螟的組成抗性、誘導抗性、誘導后抗性、耐害性和玉米生長間的關(guān)系，并解析了調(diào)控幾者關(guān)系的潛在分子機制。

 

　　研究表明抗蟲自交系的被誘導能力比感蟲自交系弱，但在誘導后的整體抗性顯著高于感蟲自交系，說明抗蟲玉米在誘導前后都會保持較高的抗性水平。玉米對玉米螟抗性的大小與苯并噁嗪酮類物質(zhì)（Bxs）含量有關(guān)，但與誘導的茉莉酸（JA）或茉莉酸-異亮氨酸軛合物（JA-Ile）絕對水平無關(guān)。通過對玉米螟取食誘導的Bxs含量、基因表達量和抗蟲性的相關(guān)性分析，我們篩選到了3個與Bxs生物合成相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，分別是NAC60、WRKY1和WRKY46。又進一步將3個轉(zhuǎn)錄因子在玉米原生質(zhì)體中過表達，發(fā)現(xiàn)NAC60、WRKY1和WRKY46過表達可顯著提高玉米JA和水楊酸（SA）的水平，而降低生長素（IAA）的水平，且NAC60和WRKY1正調(diào)控Bxs的積累，推測其可能是調(diào)節(jié)玉米的生長防御權(quán)衡的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。此外，在10個自交系中未觀察到抗蟲性、耐害性和生長間的權(quán)衡，推測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。本研究強調(diào)了在復雜的田間條件下玉米抗蟲和生長存在和諧共存的空間，證明了同時培育抗蟲和高產(chǎn)玉米品種的可能性，也為抗蟲高產(chǎn)玉米的精準育種提供重要的理論基礎(chǔ)和潛在靶標。

 

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

 

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