近日，中國科學(xué)院華南植物園的侯興亮以封面故事在Nature Plants 發(fā)表了題為 “ Natural allelic variation confers high resistance to sweet potato weevils in sweet potato”的論文，在甘薯抗蟲遺傳基礎(chǔ)解析方面取得重要突破。

 

      圖片目前尚無甘薯小象甲的有效抗性資源，主要采取大量施用農(nóng)藥等化學(xué)防治，不但增加生產(chǎn)成本，還導(dǎo)致環(huán)境污染與食品安全等問題。因此，發(fā)掘甘薯自身的抗蟲基因資源，開展抗性分子機制研究，促進抗蟲技術(shù)開發(fā)和抗性品種選育，是解決甘薯小象甲蟲害最為經(jīng)濟環(huán)保且可持續(xù)的發(fā)展方向，也是當前甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

 

      該研究歷經(jīng)三年田間篩選，獲得了兩份珍貴的甘薯小象甲高抗種質(zhì)。之后，他們利用抗感種質(zhì)構(gòu)建F1遺傳群體，同時克服了控制條件下抗蟲表型難檢測、不穩(wěn)定的困難，建立了穩(wěn)定的甘薯小象甲抗蟲可控評價體系，最終成功定位并克隆了兩個甘薯小象甲抗性關(guān)鍵基因SPWR1（Sweet Potato Weevil Resistance 1）和SPWR2。

 

 

      值得注意的是，研究者們還克服了甘薯遺傳轉(zhuǎn)化操作難、轉(zhuǎn)化率低、周期長的問題，利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌農(nóng)桿菌定向注射手段，開發(fā)了一種高效穩(wěn)定的新型甘薯遺傳轉(zhuǎn)化方法。

 

      隨后，大量的甘薯遺傳材料證明了SPWR1和SPWR2均正向調(diào)控甘薯小象甲抗性；多種生理生化實驗表明甘薯小象甲侵害可誘導(dǎo)SPWR1編碼的WRKY轉(zhuǎn)錄因子特異結(jié)合抗性等位基因SPWR2啟動子的W-box元件，從而激活后者的基因表達；而SPWR2編碼的蛋白是甘薯奎尼酸合成途徑的關(guān)鍵酶，其進一步啟動了下游奎尼酸衍生物的生物合成，以此抵御甘薯小象甲侵害。進一步的昆蟲理化實驗也證明攜帶有1-羥基-奎尼酸基團的衍生化合物均表現(xiàn)出對甘薯小象甲腸道消化酶和活動的抑制活性。

 

 

      目前農(nóng)業(yè)上尚無小象甲甘薯抗性品種培育，此項研究創(chuàng)制的種質(zhì)在顯著提高抗性的同時并未降低品種原有產(chǎn)量和品質(zhì)，填補了國際上甘薯小象甲抗性種質(zhì)開發(fā)利用的空白。值得一提的是，奎尼酸及其衍生物在甘薯的內(nèi)源濃度下不具有對人體的藥理毒性，且在自然環(huán)境中不易殘留，含有高水平奎尼酸的天然抗蟲變異品種抗蟲性強大，這向我們展示了一種有潛力的、兼具環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的農(nóng)業(yè)抗蟲方案。

 

      總之，該研究不僅首次克隆了甘薯天敵害蟲的天然抗性基因，還揭示了其下游天然抗蟲物質(zhì)的調(diào)控機理，為甘薯小象甲田間防治手段提供了新方向和新思路，對推進高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗的甘薯分子育種，促進特色高值生態(tài)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，帶動甘薯產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展和農(nóng)民增產(chǎn)增收，具有重要意義。

 

 

      上述成果以封面故事發(fā)表在國際權(quán)威植物學(xué)期刊Nature Plants 上，研究得到了國家自然科學(xué)基金-廣東省聯(lián)合基金（U1701234）和廣東省特支計劃（2019TQ05N140）等項目支持。中國科學(xué)院華南植物園的劉旭副研究員為論文的第一作者，中國科學(xué)院華南植物園的王亞如碩士、梅果果碩士生、廖茵茵博士及廣東海洋大學(xué)朱宏波副教授為論文的共同第一作者，中國科學(xué)院華南植物園的侯興亮研究員為論文的通訊作者。

 

 

      來源｜iPlants

 

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