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植保所科学家全面阐释棉花萜烯合成酶TPS调控挥发物合成及其直接防御功能

 发布者:所办公室  发布时间:2017年10月31日 作者:张永军  来源:棉花害虫研究组    点击数:



近期,中国农业科学院植物保护研究所经济作物虫害监测与控制团队在Plant, Cell & Environment期刊上在线发表了题为“The terpene synthase gene family inGossypiumhirsutumharbors a linalool synthase GhTPS12 implicated in direct defense responses against herbivores”的最新成果。该研究系统构建了虫害诱导棉花挥发物指纹图谱,全面阐释了重组棉花萜烯合成酶terpene synthase(TPS)的体外催化活性,通过转基因在烟草中超表达GhTPS12并明确了其调控产物(3S)-linalool在植物直接防御中的生物学功能。

植物挥发物在植物-害虫-天敌三级营养关系中具有重要的生态学功能,包括花香气味能够吸引传粉生物、营养器官挥发物能够抵御病虫害和作为植物内/间挥发性信号激活相邻植株防御反应等。棉花被害虫取食为害后,会大量释放以萜烯化合物为主要组分的挥发物,在驱避、毒杀害虫的直接防御以及在吸引天敌的间接防御中发挥重要功能。当前,昆虫取食棉花诱导防御的萜烯类挥发物的合成及调控机制尚不明确,棉花众多挥发物组分各自具有什么活性功能也需要系统研究。近几年,雷蒙德氏棉(2012)、亚洲棉(2014)、海岛棉(2015)和陆地棉(2015)全基因组测序结果的陆续公布为研究棉花挥发物合成及防御调控功能提供了大数据支撑。

该研究结果表明, 棉花植株被棉铃虫和绿盲蝽同时为害后释放37种挥发物,其中萜烯挥发物有16种。在陆地棉和雷蒙德氏棉基因组数据中分别鉴定了46个和41个萜烯合成酶基因TPS,对其中12个TPS基因进行了体外重组表达及底物催化活性研究。这些TPS基因在昆虫取食后上调表达,表明它们在棉花直接或间接防御反应中发挥重要潜在作用。其中,手性化合物(3S)-芳樟醇(3S)-linalool是棉花诱导挥发物的主要组分之一,由GhTPS12催化生成。将GhTPS12基因在烟草中超表达获得(3S)-linalool高释放量的转基因植株,对棉铃虫的产卵和烟蚜的取食具有显著的驱避作用。研究结果为通过化学生态调控策略开展有害生物绿色防控提供了新视野。

该研究以中国农业科学院植物保护研究所为第一完成单位,我所博士后黄欣蒸和中国农业科学院深圳农业基因组研究所肖玉涛研究员为文章共同第一作者,张永军研究员为文章通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目的资助。

原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.13088/full

 

 

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