本網(wǎng)訊 近日，我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋傳奎教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊Plant Physiology上發(fā)表題為“A calcium-decoding module translates volatile DMNT into jasmonic acid-mediated herbivore resistance in Camellia sinensis”的研究論文。首次揭示茶樹(shù)釋放的揮發(fā)性物質(zhì)(E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene (DMNT)可作為一種信號(hào)分子，觸發(fā)茶樹(shù)葉肉細(xì)胞Ca2+內(nèi)流，通過(guò)激活Ca2+-CAMTA3-WRKY70-LOX3信號(hào)級(jí)聯(lián)，促進(jìn)茶樹(shù)茉莉酸（JA）積累，最終增強(qiáng)受體茶樹(shù)先發(fā)制人的抗蟲(chóng)能力。該研究不僅豐富對(duì)植物-植物 “化學(xué)通信”理論的認(rèn)知，也為揮發(fā)性物質(zhì)在茶園綠色防控中的實(shí)際應(yīng)用提供重要理論依據(jù)。
茶尺蠖是茶園最主要害蟲(chóng)之一，嚴(yán)重影響茶樹(shù)的產(chǎn)量與茶葉品質(zhì)。在遭受茶尺蠖侵害時(shí)，茶樹(shù)會(huì)釋放多種揮發(fā)性物質(zhì)，其中DMNT是釋放量最高的化合物之一（圖1）。已有的研究表明DMNT不僅能直接驅(qū)避茶尺蠖成蟲(chóng)，而且可作為一種信號(hào)物質(zhì)，被鄰近植物感知并激活JA通路調(diào)控茶樹(shù)抗蟲(chóng)（圖1）。然而，截至目前，DMNT如何被“解碼”為植物內(nèi)部防御信號(hào)的機(jī)制仍不清楚。
圖1. DMNT預(yù)暴露增強(qiáng)茶樹(shù)對(duì)茶尺蠖幼蟲(chóng)的抗性依賴(lài)于JA信號(hào)通路
為探究DMNT與JA積累之間的邏輯關(guān)系，通過(guò)分析害蟲(chóng)取食茶樹(shù)鄰近的受體植物轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)JA生物合成酶基因CsLOX3與11個(gè)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)高度相關(guān)。繼而，通過(guò)Y1H，EMSA和Dual-LUC實(shí)驗(yàn)證實(shí)轉(zhuǎn)錄因子CsWRKY70可正調(diào)控CsLOX3表達(dá)（圖2）。利用基因沉默和DMNT暴露實(shí)驗(yàn)證實(shí)，DMNT通過(guò)誘導(dǎo)CsWRKY70，進(jìn)而調(diào)控CsLOX3表達(dá)，促進(jìn)JA積累，增強(qiáng)茶樹(shù)的抗蟲(chóng)能力。
圖2. CsWRKY70直接激活CsLOX3表達(dá)
在明確DMNT誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子CsWRKY70可調(diào)控JA合成的基礎(chǔ)上，接下來(lái)的問(wèn)題是DMNT是如何誘導(dǎo)CsWRKY70表達(dá)的？為破解這一難題，團(tuán)隊(duì)利用非損傷微測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，DMNT能觸發(fā)茶樹(shù)葉肉細(xì)胞Ca2+瞬時(shí)大量?jī)?nèi)流（圖3）?；诖?，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為DMNT能通過(guò)Ca2+將信號(hào)向下游傳遞。為此，團(tuán)隊(duì)再次通過(guò)Y1H，EMSA，Dual-LUC，結(jié)合茶樹(shù)基因沉默和DMNT暴露等實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子CsCAMTA3可受DMNT誘導(dǎo)正向調(diào)控CsWRKY70表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控CsLOX3及JA合成，提高茶樹(shù)抗蟲(chóng)性。
圖3. DMNT誘導(dǎo)茶樹(shù)葉肉細(xì)胞跨膜Ca2+內(nèi)流
綜上，本研究首次闡明了蟲(chóng)害誘導(dǎo)的揮發(fā)性物質(zhì)DMNT通過(guò)Ca2+-CAMTA3-WRKY70-LOX3級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)茶樹(shù)JA生物合成的分子機(jī)制（圖4）。該發(fā)現(xiàn)加深了對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)參與植物間化學(xué)通訊，特別是植物解碼揮發(fā)性物質(zhì)內(nèi)在機(jī)制的認(rèn)知，也為揮發(fā)性物質(zhì)在茶園綠色防控中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
圖4. DMNT誘導(dǎo)茶樹(shù)防御蟲(chóng)害機(jī)制模型
我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室荊婷婷副教授與宋傳奎教授為共同通訊作者，博士生李波為論文第一作者。實(shí)驗(yàn)室王強(qiáng)副教授也參與了此項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。（文圖：荊婷婷 初審：宋傳奎 復(fù)審：鄭雪林 終審：曹雷）
