次生代謝產(chǎn)物是植物防御植食性昆蟲(chóng)為害的重要武器，目前在不同植物中已經(jīng)鑒定出很多抗蟲(chóng)相關(guān)次生代謝產(chǎn)物，這些化合物大都作用于害蟲(chóng)本身。而內共生菌普遍存在于昆蟲(chóng)體內，是許多昆蟲(chóng)生長(cháng)發(fā)育和繁殖的重要“幫手”，植物次生代謝物是否可以作用于這些內共生菌還從未報道。

 

　　近日，浙江大學(xué)昆蟲(chóng)科學(xué)研究所婁永根/李冉團隊在國際知名期刊PNAS上發(fā)表了題為“Sakuranetin protects rice from brown planthopper attack by depleting its beneficial endosymbionts”的研究論文，闡述了水稻抗褐飛虱的一種新機制。

 

　　褐飛虱是水稻上的首要害蟲(chóng)，嚴重影響水稻的產(chǎn)量。課題組近五年來(lái)聚焦水稻JA信號途徑介導的抗蟲(chóng)性研究，在前期的研究中已經(jīng)發(fā)現，褐飛虱為害顯著(zhù)激活水稻JA途徑，并且JA正調控水稻對褐飛虱的抗性（Xu et al., 2021, New Phytologist）。進(jìn)一步研究發(fā)現JA-Ile、JA-Val和JA-Leu三種茉莉酸氨基酸螯合物都是有活性的JA信號分子，通過(guò)和COI受體蛋白的互作調控水稻對褐飛虱的抗性（Fu et al., 2022, Plant Cell and Environment）。除了COI1a和COI1b以外，有活性JA也可以和COI2結合。COI1和COI2都參與水稻對褐飛虱的抗性，但不同受體調控的下游防御途徑有所不同（Wang et al., 2023, New Phytologist）。

 

　　為了更進(jìn)一步明確JA如何參與水稻對褐飛虱的抗性，課題組關(guān)注到了一種JA調控的類(lèi)黃酮類(lèi)次生代謝產(chǎn)物——櫻花素（sakuranetin）。褐飛虱為害可以顯著(zhù)激活水稻櫻花素合成基因NOMT的表達，并且在褐飛虱危害部位積累大量的櫻花素。通過(guò)基因編輯構建了NOMT敲除突變體，突變體喪失了櫻花素的合成能力，并且表現出對褐飛虱的抗性減弱。櫻花素被廣泛認為是一種水稻的抗毒素，主要參與水稻對病原菌的抗性。鑒于內生菌在半翅目昆蟲(chóng)中發(fā)揮的重要作用，作者猜測櫻花素是否可以作用于內共生菌來(lái)影響褐飛虱。對取食nomt突變體和野生型植株的褐飛虱蟲(chóng)體進(jìn)行擴增子測序表明，類(lèi)酵母共生菌（yeast-like symbionts, YLS）在取食不同植物的褐飛虱體顯著(zhù)性差異富集。YLS是褐飛虱體內最為豐富的內共生真菌，為褐飛虱提供多種必需氨基酸以及膽固醇，并參與褐飛虱氮素的重新利用。定量結果也顯示櫻花素可顯著(zhù)性降低褐飛虱體內YLS的數量以及褐飛虱體內膽固醇的積累。本研究報道了一種全新的植物抗蟲(chóng)機制，即植物可以利用次生代謝產(chǎn)物抑制蟲(chóng)體內的有益內共生菌來(lái)“間接”防御植食性昆蟲(chóng)，該研究為褐飛虱的綠色防控提供了全新的視角。

 

　　浙江大學(xué)昆蟲(chóng)所劉夢(mèng)雨博士后和浙江省農科院生物所洪高潔研究員為論文第一作者，浙江大學(xué)昆蟲(chóng)所李冉研究員為論文通訊作者。浙江大學(xué)婁永根教授、南京農業(yè)大學(xué)邴孝利副教授、西北農林科技大學(xué)靖湘峰教授以及德國馬普化學(xué)生態(tài)研究所的Ian Baldwin教授和Jonathan Gershenzon教授對本研究給予了大力幫助。該研究得到了十四五國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2021YFD1401100）、馬普伙伴小組計劃和海外高層次人才項目的資助。

 

　　原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305007120

 

　　（昆蟲(chóng)科學(xué)研究所）