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玉米不但是全球重要的農(nóng)作物，同時(shí)還是重要的工業(yè)原料。但是，每年蟲(chóng)害的侵襲，對(duì)玉米產(chǎn)量造成了嚴(yán)重的影響。通過(guò)深入研究植物抗蟲(chóng)分子機(jī)理，在分子層面明確植物在面對(duì)蟲(chóng)害侵襲時(shí)，植物體內(nèi)所啟動(dòng)的一系列的防御機(jī)制，是農(nóng)作物抗蟲(chóng)新品種培育的基礎(chǔ)。盡管，人們對(duì)某些植物抗蟲(chóng)分子機(jī)理有了一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)玉米抗蟲(chóng)響應(yīng)的分子機(jī)制研究仍不夠深入，抗蟲(chóng)相關(guān)基因仍有待進(jìn)一步挖掘。

中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)研究員專(zhuān)題組長(zhǎng)期從事植物抗蟲(chóng)的分子機(jī)理研究，該團(tuán)隊(duì)前期的研究表明，粘蟲(chóng)取食誘導(dǎo)玉米絲裂原活化蛋白激酶MPK6激活，從而正調(diào)控乙烯合成，進(jìn)而通過(guò)乙烯途徑負(fù)調(diào)控玉米抗蟲(chóng)丁布化合物DIMBOA和DIMBOA-Glc的合成及抗蟲(chóng)性?(Zhang et al.,2021)。同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步明確了玉米茉莉酸信號(hào)通路核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2通過(guò)調(diào)控茉莉酸（JA）介導(dǎo)的丁布類(lèi)化合物來(lái)增強(qiáng)抗蟲(chóng)防御?(Ma et al.,2023)。

近期，該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，玉米中另一個(gè)絲裂原活化蛋白激酶MPK4參與調(diào)控抗蟲(chóng)反應(yīng)。MPK4是玉米抗蟲(chóng)響應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子，在MPK4?基因通過(guò)RNAi（RNA干擾）沉默后，玉米的抗蟲(chóng)性降低。在MPK4?的RNAi植株中發(fā)現(xiàn)，激素JA及JA-Ile水平在模擬昆蟲(chóng)取食后，誘導(dǎo)得比野生型植株中更高。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在外源施加茉莉酸甲酯（MeJA）處理后，MPK4沉默植株中MeJA響應(yīng)的差異表達(dá)基因數(shù)目，還不及野生型植物中響應(yīng)基因的一半。這些結(jié)果說(shuō)明，MPK4?沉默后玉米的JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑受到抑制。鑒于MYC2在JA信號(hào)途徑中的重要作用，通過(guò)一系列生化實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)MPK4通過(guò)磷酸化MYC2來(lái)調(diào)控其轉(zhuǎn)錄激活活性，證明了MPK4介導(dǎo)的MYC2的磷酸化對(duì)JA信號(hào)途徑的重要性。該研究揭示了玉米MPK4通過(guò)磷酸化MYC2調(diào)控茉莉酸信號(hào)途徑及抗蟲(chóng)的分子機(jī)制，闡明了MPK4負(fù)調(diào)控JA信號(hào)途徑的分子機(jī)理，為了解玉米抗蟲(chóng)分子機(jī)理提供了新的參考證據(jù)。

10月29日，該研究以MPK4 phosphorylates MYC2 transcription factors to regulate jasmonic acid signaling and herbivory responses in maize為題，在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際植物學(xué)期刊Plant Physiology上。該團(tuán)隊(duì)已出站博士后李森為論文第一作者，吳建強(qiáng)研究員和李京助理研究員為該論文的通訊作者。該研究得到國(guó)家基金委聯(lián)合項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、云嶺學(xué)者、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目、博士后科學(xué)基金會(huì)和云南省科技廳等項(xiàng)目資助。

圖1?玉米MPK4調(diào)控抗蟲(chóng)的分子機(jī)制模式圖

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