植物被植食性昆虫取食为害后会大量释放虫害诱导植物挥发物。这些植物挥发物在植物防御反应中发挥至关重要的作用，既包括直接作用于害虫的直接防御，又包括吸引天敌的间接防御。中国农业科学院植物保护研究所张永军研究员团队前期发现，陆地棉被刺吸式害虫绿盲蝽取食后会大量释放(3E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene (DMNT)，并鉴定了催化DMNT从头合成的萜烯合成酶基因（GhTPS14 ）和两个细胞色素P450基因（GhCYP82L1、GhCYP82L2 ）。GhTPS14催化法尼焦磷酸酯（FPP）生成橙花叔醇，GhCYP82Ls作为下游关键酶，进一步催化橙花叔醇生成DMNT。趋向行为试验显示，DMNT能够吸引棉花绿盲蝽和天敌红颈常室茧蜂。

近日，该团队再次发现，通过基因工程调控DMNT的释放量能够提高陆地棉对绿盲蝽的防御能力。相关研究成果以题为“Engineering DMNT emission in cotton enhances direct and indirect defense against mirid bugs”在线发表在 “Journal of Advanced Research”杂志上。

棉花是重要的全球性经济作物，害虫绿盲蝽严重威胁棉花的安全生产。研究棉花-害虫-天敌三者间的化学通讯，有助于利用化学信息物质设计有害生物绿色防控策略。该研究中，使用CRISPR/Cas9技术和多基因叠加系统操纵棉花中DMNT的合成和释放。在敲除靶标基因GhCYP82L1和GhCYP82L2棉花品系中未检测到DMNT的释放，对比野生型棉花，绿盲蝽对于基因敲除的棉花选择偏好行为被显著抑制。相反，超表达GhTPS14 和GhCYP82L1基因的棉花品系能够释放更多的DMNT，特别是花期DMNT释放量达到了野生型的10-15倍，基因超表达棉花显著吸引绿盲蝽和红颈常室茧蜂。随后的生物测定结果表明，以含有相当于转基因棉花高释放量DMNT的人工饲料饲喂绿盲蝽，绿盲蝽生长受到抑制且存活率显著降低。尤为重要的发现是，茉莉酸甲酯是启动转基因棉花释放DMNT的触发开关，可以在需要DMNT的时段调控其释放。总之，减少DMNT的释放量可以减弱绿盲蝽对棉花的行为偏好，而高DMNT释放的转基因棉花植物能够形成杀死绿盲蝽的生态陷阱，DMNT在转基因棉花防御中的发挥直接和间接作用，这将有助于开发新的棉花种质品种，从而有效地防控绿盲蝽。

近年来，张永军研究员团队围绕植物、植食性昆虫和天敌三者化学通讯机制在Plant Biotechnology Journal (2018)、Plant, Cell & Environment (2018)、Insect Biochemistry and Molecular Biology (2018, 2019)、 Journal of Pest Science (2020, 2021)、Pest Management Science (2020, 2021)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2019, 2020, 2021, 2022)、 Journal of Advanced Research (2022)等杂志上发表了多篇研究论文，该论文是在前期工作基础上取得的新进展。中国农业科学院植物保护研究所为第一完成单位，张永军研究员为本文通讯作者，博士研究生滕东、刘丹凤博士（云南大学）和博士后Adel Khashaveh为本文共同第一作者，参与单位包括云南大学、山西农业大学、国家植物保护科学观察试验站（廊坊）、创世纪转基因（中国）有限公司。该研究得到国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123224002121