王振营团队揭示亚洲玉米螟为害大田玉米诱导产生防御反应的分子机制

     近日,重点实验室王振营研究团队在Plant Biotechnology Journal(IF="7.44)上在线发表了“The Asian corn borer Ostrinia furnacalis feeding increases the direct and indirect defense of mid‐whorl stage commercial maize in the field”的研究论文,揭示了大田玉米心叶期受到亚洲玉米螟为害时能诱导产生直接和间接的防御反应的生理生化和分子机制。
    玉米在受到害虫为害后,会产生对昆虫具有忌避、拒食或(和)毒杀作用的直接抗虫物质,如苯并恶嗪酮类物质,也会产生引诱害虫的捕食性或寄生性天敌的间接抗虫物质,如吲哚、萜烯等。目前,玉米诱导抗虫性的研究主要集中在B73等玉米自交系中。已有的研究发现在长期的玉米的驯化和育种的过程中,一些直接和间接的抗虫化合物会丢失,如北美很多玉米品系在受到玉米根萤叶甲的为害时不能产生 ( E )-β-石竹烯这种能够吸引天敌昆虫的挥发物。但是,对于中国大田种植的玉米品种,在受到亚洲玉米螟为害后能否诱导产生包括( E )-β-石竹烯在内的多种与防御反应相关的化合物还是未知。此外,目前已报道的有关玉米诱导抗虫性的研究主要是在温室可控条件下进行的,而田间玉米的生长环境非常复杂,玉米基因表达和化合物的含量会受到多种生物和非生物因素影响,因此系统评价大田玉米在遭受亚洲玉米螟为害后诱导的与防御相关的化合物及基因表达变化研究十分必要。
    本项研究利用短期饲喂、两性生命表以及寄生蜂行为选择等试验证明了玉米品种京科968在受到亚洲玉米螟为害诱导后会产生抑制亚洲玉米螟生长发育的直接防御反应,也能产生吸引其寄生性天敌腰带长体茧蜂的间接诱导防御反应。该研究还从基因表达、苯并恶嗪酮类物质、植物激素及挥发物的含量变化等方面进一步揭示了亚洲玉米螟为害玉米诱导防御反应相关的生理生化及其分子机制。该研究结果为利用诱导防御反应控制亚洲玉米螟提供了科学依据。
    该研究以中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室为第一完成单位,博士后郭井菲为文章第一作者,王振营研究员为文章通讯作者。中国科学院昆明植物研究所吴建强团队和北京市农林科学院玉米中心赵久然团队为该论文的合作单位。该研究得到中国农业科学院创新工程、国家重点研发计划项目(2017YFD0201802)和国家玉米产业技术体系专项资金(CARS-02)的资助。