本網(wǎng)訊 近日，我校生命科學(xué)學(xué)院作物抗逆育種與減災(zāi)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室李培金教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊《Advanced Science》（IF5=15.6）上發(fā)表了題為“The Mitochondrial Protein RESISTANCE TO APHIDS 9 Interacts with S40 to Resist Aphid Infestation by Modulating Reactive Oxygen Species Homeostasis in Maize （Zea mays）”的研究論文。該研究首次揭示玉米線(xiàn)粒體蛋白R(shí)TA9通過(guò)與S40蛋白互作、調(diào)節(jié)活性氧（ROS）穩(wěn)態(tài)，從而增強(qiáng)玉米抗蚜性的分子機(jī)制，為抗蚜蟲(chóng)玉米品種的選育提供了新基因資源和理論依據(jù)。
蚜蟲(chóng)是玉米等農(nóng)作物的主要害蟲(chóng)，不僅通過(guò)直接吸食汁液影響植株生長(zhǎng)發(fā)育，還可傳播多種病毒，嚴(yán)重威脅糧食安全生產(chǎn)。目前蚜蟲(chóng)防治仍以化學(xué)農(nóng)藥為主，雖見(jiàn)效較快，但長(zhǎng)期高強(qiáng)度施藥導(dǎo)致蚜蟲(chóng)抗藥性持續(xù)上升，造成“用藥量增加—抗性增強(qiáng)—用藥量進(jìn)一步加大”的惡性循環(huán)，不僅增加防治成本，還對(duì)生態(tài)環(huán)境、非靶標(biāo)生物及人體健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。此外，廣泛使用的蘇云金芽孢桿菌（Bt）蛋白類(lèi)生物農(nóng)藥對(duì)半翅目害蟲(chóng)（如蚜蟲(chóng)）防控效果有限。因此，挖掘植物自身抗性基因、培育抗蟲(chóng)新品種，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要方向。然而，玉米中已知抗蚜蟲(chóng)基因資源匱乏，關(guān)鍵抗性基因的克隆與機(jī)制解析一直是該領(lǐng)域的難點(diǎn)。
研究人員通過(guò)EMS誘變獲得一個(gè)對(duì)蚜蟲(chóng)敏感的玉米突變體resistance to aphids 9（rta9），并利用MutMap技術(shù)成功克隆了RTA9基因。該基因編碼一個(gè)定位于線(xiàn)粒體的DUF641家族蛋白，其功能此前未見(jiàn)報(bào)道。表型驗(yàn)證表明，過(guò)量表達(dá)RTA9可顯著提高玉米對(duì)蚜蟲(chóng)的抗性（圖1A-C），更為重要的是，玉米抗蚜蟲(chóng)能力的增強(qiáng)不影響籽粒產(chǎn)量，顯示出良好的應(yīng)用潛力。
圖1 RTA9與S40蛋白互作調(diào)控玉米抗蚜蟲(chóng)功能
機(jī)制研究表明，RTA9蛋白與逆境響應(yīng)蛋白S40發(fā)生物理互作，并負(fù)調(diào)控S40蛋白的穩(wěn)定性。遺傳實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲除S40可增強(qiáng)抗蚜性，而過(guò)表達(dá)S40則導(dǎo)致感蚜表型，表明S40是抗蚜途徑中的負(fù)調(diào)控因子。在rta9突變體中，蚜蟲(chóng)取食誘導(dǎo)的活性氧積累顯著降低，抗氧化相關(guān)基因表達(dá)受阻，削弱了植物防御反應(yīng)；相反，s40突變可激活ROS相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)蚜蟲(chóng)侵染部位的ROS爆發(fā)，從而增強(qiáng)抗性。該研究首次揭示了一條基于線(xiàn)粒體蛋白—ROS穩(wěn)態(tài)的玉米抗蚜蟲(chóng)信號(hào)通路（圖2），拓展了植物—害蟲(chóng)互作的理論框架，也為玉米抗蟲(chóng)育種提供了新策略。
圖2 RTA9-S40模塊調(diào)控玉米抗蚜蟲(chóng)分子機(jī)制
生命科學(xué)學(xué)院青年教師王傳宏和博士研究生張新橋?yàn)檎撐墓餐谝蛔髡撸钆嘟鸾淌跒橥ㄓ嵶髡?。該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1201803-2）、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（202203a06020005）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32372084、32171954、32202322）及安徽省教育廳科研項(xiàng)目（2023AH051054）的資助。（文圖：王傳宏 初審：夏利明 復(fù)審：鄭雪林 終審：曹雷）
論文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202504382
