中国农业科学院植保所揭示麦蚜唾液蛋白激发小麦防御反应新机制

　　近日，粮食作物害虫监测与控制创新团队在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表题为“SmCSP4 from aphid saliva stimulates salicylic acid-mediated defense responses in wheat by interacting with transcription factor TaWKRY76”的研究论文。该研究发现了麦长管唾液蛋白SmCSP4作为激发子与小麦转录因子TaWRKY76互作进而激发水杨酸（salicylic acid, SA）介导的防御反应信号通路。

 

　　麦蚜是小麦上最重要的害虫，列入农业农村部发布的十大一类农业害虫之一。我国麦蚜（主要是麦长管蚜 Sitobion avenae ，在我国又称为荻草谷网蚜 Sitobion miscanthi ）常年为害面积达2亿亩次以上，造成小麦减产20-30%，在大发生年份可造成60%的产量损失。麦蚜防治主要依赖化学杀虫剂，但农药不合理且长期使用造成蚜虫抗药性增加、农药残留及环境污染等问题。培育和利用抗蚜小麦品种是最为经济有效和绿色的麦蚜防控措施。研究麦蚜-小麦互作关系，明确小麦抗蚜分子机制，可为小麦抗蚜品种培育提供理论基础。

 

　　本团队前期研究发现麦长管蚜唾液可诱导小麦防御反应，通过唾液腺转录组测序发现4个化学感受蛋白基因，但其功能和作用机制未知。本研究发现其中一个化学感受蛋白SmCSP4在麦长管蚜唾液腺中高表达，Western blot结果证实SmCSP4在麦蚜取食过程中可被分泌到所取食的小麦叶片组织中。亚细胞定位结果发现SmCSP4定位在植物细胞核内。为进一步分析SmCSP4调控小麦防御功能，利用细菌III型分泌系统将SmCSP4导入小麦叶片内实现瞬时过表达，经组织染色及生化检测发现SmCSP4可引起小麦胼胝质和过氧化氢大量积累。经基因表达及激素水平变化以及室内生测等研究结果表明，SmCSP4在小麦叶片瞬时表达后主要激发SA介导的小麦防御反应通路，并导致麦蚜在小麦韧皮部取食历期缩短、蚜虫存活率与繁殖率显著下降。利用纳米材料介导的RNAi技术敲降SmCSP4后，麦蚜激发SA防御通路的能力下降，进一步证实了SmCSP4在触发小麦SA防御反应中的重要作用。采用酵母双杂交筛选小麦中互作蛋白，结果表明SmCSP4可与小麦转录因子TaWRKY76互作，并利用双分子荧光互补（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）验证了两者互作关系。通过病毒诱导基因沉默（VIGS）抑制TaWRKY76基因表达后可导致SA含量升高及其降解酶DMR6基因表达量显著下降。进一步研究发现，TaWRKY76可与DMR6启动子结合激活其基因表达，但唾液蛋白SmCSP4和TaWRKY76的互作抑制其转录激活活性，导致DMR6基因表达下降，SA含量增加，进而诱导下游防御信号途径并提高小麦抗蚜性。研究结果进一步丰富了蚜虫-植物互作分子机制，并为小麦抗蚜育种提供新思路。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所张勇副研究员为论文第一作者，陈巨莲研究员为通讯作者。比利时列日大学Frédércis Francis教授和中国农业科学院植物保护研究所范佳副研究员等共同参与了工作。该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等资助。

 

　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14139