自然界中有多種非生物和生物因子都會對植物的生長發(fā)育造成不利影響，嚴重時甚至會導致植物的死亡。植物對這些逆境脅迫都有很強的響應(yīng)機制，已經(jīng)進化出了復雜的防御系統(tǒng)來抵御病原體和昆蟲。應(yīng)用蛋白質(zhì)組學技術(shù)研究在逆境脅迫下植物蛋白質(zhì)種類及表達量的變化，有助于了解脅迫因子的傷害機制以及植物的適應(yīng)機制，為研發(fā)新型防控技術(shù)及培育新的抗性品種提供新的思路。

標題：The salivary effector protein Sg2204 in the greenbug Schizaphis graminum suppresses wheat defense and is essential for enabling aphid feeding on host plants.

期刊：Plant Biotechnology Journal（IF =13.263）

時間：2022.07

背景

小麥是世界主要糧食作物，麥蚜為小麥生產(chǎn)上的重大害蟲，嚴重威脅小麥生產(chǎn)及糧食安全，培育抗蟲小麥品種是防止蚜蟲為害最為經(jīng)濟有效的途徑之一。但蚜蟲為典型的刺吸式害蟲，對寄主植物適應(yīng)性強，在取食過程中可通過分泌唾液蛋白效應(yīng)子逃避寄主植物防衛(wèi)反應(yīng)。目前針對麥蚜—小麥互作分子機制研究不夠深入，導致生產(chǎn)上抗蚜品種長期匱乏。

文章重點

作者通過轉(zhuǎn)錄組結(jié)合蛋白組學鑒定技術(shù)（青蓮百奧提供技術(shù)支持）發(fā)現(xiàn)并首次證明了麥蚜唾液蛋白效應(yīng)子Sg2204可抑制小麥防御反應(yīng)從而促進麥蚜的寄主適應(yīng)性。

研究思路

（公眾號回復關(guān)鍵詞“0808研究思路”獲得高清原圖）

研究內(nèi)容

作者以麥蚜主要種類之一麥二叉蚜為研究對象，通過蚜蟲唾液腺轉(zhuǎn)錄組及唾液蛋白質(zhì)譜聯(lián)合分析成功鑒定76個唾液蛋白（蛋白鑒定部分由青蓮百奧提供技術(shù)支持）。通過卡值篩選（分子量?<30 kDa，分泌蛋白預(yù)測，獨有肽段>2，功能未知）選出9種候選效應(yīng)子（?Sg1350、Sg1625、Sg1655、Sg1670、Sg1695、Sg1762、Sg1920、Sg1993?、Sg2204）。采用RT-qPCR檢測9個候選效應(yīng)基因在蚜蟲唾液腺、頭、胸、腹部和中腸的表達。結(jié)果顯示，所有9個候選效應(yīng)因子都在蚜蟲的唾液腺中特異性表達，其中未知蛋白Sg2204在蚜蟲取食小麥過程中高表達。

進一步研究Sg2204在抑制BAX和PAMPinf1誘導的程序性細胞死亡(PCD)中的潛在作用。作者在煙草葉片中瞬時表達候選效應(yīng)子Sg2204，結(jié)果顯示過表達Sg2204可顯著抑制BAX及INF1觸發(fā)的植物細胞死亡和免疫反應(yīng)。為了研究Sg2204對宿主植物免疫的抑制作用，將Sg2204克隆到表達載體pEDV6中，利用熒光素Etanh介導的傳遞系統(tǒng)將其導到小麥葉片中。發(fā)現(xiàn)在小麥中瞬時表達Sg2204后可抑制胼胝質(zhì)積累及水楊酸茉莉酸介導的植物防御反應(yīng)。

而后用Sg2204處理小麥喂食蚜蟲來研究Sg2204對蚜蟲攝食行為的影響。發(fā)現(xiàn)，以Sg2204處理的小麥葉片為食的蚜蟲的重量顯著高于對照葉片。經(jīng)Sg2204處理后的葉片上，蚜蟲成蟲產(chǎn)生的若蟲數(shù)量也顯著高于對照葉片。這些結(jié)果表明，蚜蟲攝食了表達Sg2204小麥葉片后存活率、產(chǎn)蚜量及韌皮部取食時間顯著增加。應(yīng)用納米載體介導的RNAi技術(shù)，將Sg2204沉默后則出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。Sg2204沉默的蚜蟲誘導了更強的小麥防御反應(yīng)，并對蚜蟲的攝食行為、存活和繁殖力產(chǎn)生了負面影響。同時利用納米載體介導技術(shù)沉默四種蚜蟲的Sg2204同源物也顯著降低了蚜蟲在寄主植物上的表現(xiàn)。結(jié)果證實了Sg2204在抑制小麥防御反應(yīng)中的重要作用，同時采用納米材料介導的RNAi技術(shù)在麥蚜防控中的具有廣大的應(yīng)用潛力。

總結(jié)

作者的研究結(jié)果首次證明了麥蚜唾液蛋白效應(yīng)子Sg2204可抑制小麥防御反應(yīng)，從而促進麥蚜的寄主適應(yīng)性。研究結(jié)果還表明，利用納米載體介導的RNAi技術(shù)沉默Sg2204及其同源物可有效降低蚜蟲寄主適應(yīng)性。這些結(jié)果為谷物蚜蟲與植物相互作用的分子機制和基于RNAi技術(shù)的麥蚜防控策略提供了新的見解。