南京农业大学揭示植食性害虫与植物的″军备竞赛″关系

日期:10-24-2022

世界农化网中文网报道：植物与昆虫在长期进化的过程中形成了一系列的防御与反防御策略。植物通过识别昆虫相关的模式分子（HAMPs）触发免疫反应从而抵御昆虫的攻击。相应地，昆虫通过分泌多种效应子来抑制植物的防御反应。深入了解植物与昆虫之间的相互作用，能为农业害虫的有效防治和作物抗性品种的培育提供重要的技术指导。

伊氏叶螨是我国重要的入侵害螨，由于其很强的繁殖和传播能力，严重威胁茄科作物的产量与品质。在取食植物过程中，伊氏叶螨通过刺吸式口器将唾液分泌到植物细胞，进而调控植物的防御反应。通过开展叶螨与植物互作的研究，鉴定激发植物免疫的唾液蛋白，对于实现伊氏叶螨的可持续控制具有重要意义。目前关于伊氏叶螨唾液蛋白相关研究很少，针对叶螨与植物互作的机制研究还不够深入。

近日，南京农业大学植物保护学院洪晓月教授团队在Plant Physiology在线发表了题为″A conserved protein disulfide isomerase enhances plant resistance against herbivores″的研究论文。该研究在伊氏叶螨中发现了一种保守的HAMP——二硫异构酶TePDI，揭示了TePDI被植物识别后诱导防御反应和产生植物抗性的机理，提出了昆虫HAMP与效应子两者对抗的模式，即在HAMP诱导植物抗性的同时，昆虫也能分泌与之对抗的效应子来削弱植物的防御反应从而提高自身适合度。

该研究以模式植物本氏烟（Nicotiana benthamiana）和伊氏叶螨（Tetranychus evansi）为研究材料，探究了伊氏叶螨与本氏烟相互作用的关系。伊氏叶螨的取食能够诱导烟草细胞坏死，触发烟草免疫反应。在对该团队先前鉴定到的唾液蛋白进行筛选后，发现TePDI是诱导烟草细胞坏死和防御反应的重要蛋白。TePDI能被烟草、番茄、茄子等多种茄科植物识别并触发免疫反应，其诱导烟草的防御反应依赖于植物信号分子SGT1和HSP90蛋白。伊氏叶螨为了能在植物上正常取食，通过分泌效应子Te28和Te84来抑制TePDI诱导的细胞死亡和植物防御反应。深入研究发现，PDI在节肢动物中非常保守，植食性昆虫草地贪夜蛾和烟粉虱以及非植食性昆虫黑腹果蝇、斯氏按蚊和长角血蜱中的PDI均能诱导烟草发生免疫反应（图1）。利用RNAi技术沉默叶螨和烟粉虱的PDI基因后，均导致两种害虫适应性降低，说明PDI对害虫生长繁殖有重要作用。

图1. 节肢动物PDIs在诱导植物防御中的保守作用

该研究揭示了PDI是一把″双刃剑″，一方面，它在害虫中功能保守且为害虫繁殖和存活所需要；另一方面，它被多种茄科植物识别并引发抗虫防御反应。该项工作鉴定了新型植物免疫激活因子，对于解析植物广谱抗性形成机制、研发植物免疫激活剂具有重要意义（图2）。该研究还揭示了植食性害虫与植物历史悠久的″军备竞赛″关系，为研究植食性害虫与植物的互作提供了新的视角。

图2. TePDI参与植物-植食性昆虫相互作用的工作模式图

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac489