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　　植食性昆蟲是植物生存最重要的威脅之一，根據(jù)它們的口器不同，可以將昆蟲分為咀嚼式昆蟲和刺吸式昆蟲。在植物和昆蟲的共進(jìn)化過程中，植物進(jìn)化出了復(fù)雜多樣的抵御昆蟲取食的策略，包括精妙的信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)和多種多樣的植物抗蟲次生代謝產(chǎn)物。比如，植物激素茉莉酸（Jasmonic acid，JA）是關(guān)鍵的調(diào)控植物抗蟲性的信號(hào)物質(zhì)，而芥子油苷（glucosinolates，GS）是十字花科植物的重要抗蟲次生代謝物。 

　　植物不僅會(huì)在昆蟲取食（本地）部位做出響應(yīng)而且還可以在昆蟲未被取食的遠(yuǎn)端（系統(tǒng)）部位也產(chǎn)生抗蟲響應(yīng)，這一過程被稱為系統(tǒng)性抗蟲響應(yīng)?；钚匝酰?/span>reactive oxygen species，ROS）信號(hào)、鈣（Ca²⁺）信號(hào)和電信號(hào)參與了植物葉片與葉片間系統(tǒng)性抗蟲信號(hào)的快速傳遞，而且三者的傳遞過程均依賴于谷氨酸受體蛋白（glutamate receptor-like protein）GLR3.3和GLR3.6。盡管GLR3.3和GLR3.6在植物系統(tǒng)性信號(hào)傳遞中的功能較為明確，然而它們是否以及如何參與植物的系統(tǒng)性抗蟲響應(yīng)尚不清楚。 

　　近期，中國科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)利用刺吸式口器昆蟲桃蚜（Myzus persicae）及咀嚼式口器昆蟲斜紋夜蛾（Spodoptera litura）兩種不同取食方式的昆蟲，以及野生型和GLR3.3和GLR3.6基因突變體擬南芥為研究對(duì)象，通過抗蟲表型分析、激素及次生代謝物檢測，并利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組關(guān)聯(lián)分析，揭示了GLR3.3和GLR3.6在植物系統(tǒng)性抗蟲中的作用機(jī)理。 

　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，桃蚜和模擬斜紋夜蛾取食（W+OS處理）誘導(dǎo)的系統(tǒng)性鈣離子（Ca²⁺）信號(hào)的增強(qiáng)依賴于GLR3.3和GLR3.6（圖1）；而且與野生型擬南芥相比，glr3.3 glr3.6雙突變體中對(duì)桃蚜及斜紋夜蛾的系統(tǒng)性抗蟲能力減弱（圖2），表明GLR3.3和GLR3.6在擬南芥系統(tǒng)性抗蟲過程中發(fā)揮了重要的作用。進(jìn)一步對(duì)抗蟲相關(guān)物質(zhì)的測定發(fā)現(xiàn)，茉莉酸（JA）和芥子油苷（GS）在系統(tǒng)葉片的含量降低。轉(zhuǎn)錄組分析表明，GLR3.3和GLR3.6在擬南芥系統(tǒng)葉片對(duì)昆蟲取食的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用，尤其是JA和GS相關(guān)基因的表達(dá)。此外，代謝組分析發(fā)現(xiàn)，GLR3.3和GLR3.6還調(diào)控了氨基酸、碳水化合物和有機(jī)酸等響應(yīng)昆蟲取食的重要代謝物在系統(tǒng)葉片的積累。綜上所述，該研究深入地分析了谷氨酸受體GLR3.3和GLR3.6在植物系統(tǒng)性抗蟲響應(yīng)中的功能，揭示了GLR3.3和GLR3.6不僅調(diào)控植物響應(yīng)昆蟲取食產(chǎn)生的系統(tǒng)性Ca²⁺信號(hào)的傳遞，還調(diào)控植物系統(tǒng)性抗蟲響應(yīng)，包括抗性基因的表達(dá)以及抗蟲代謝物的積累，為從分子水平上了解植物系統(tǒng)性抗蟲響應(yīng)提供了重要的理論依據(jù)，也為培育抗蟲農(nóng)作物提供了參考。 

　　該研究以The glutamate receptor-like 3.3 and 3.6 mediate systemic resistance to insect herbivores in Arabidopsis為題，在線發(fā)表在Journal of Experimental Botany上，中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生薛娜為論文第一作者，吳建強(qiáng)研究員為通訊作者。該研究得到了先導(dǎo)培育項(xiàng)目、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃優(yōu)青項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科學(xué)“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。 

　　文章鏈接 

圖1 桃蚜和W+OS處理誘導(dǎo)的系統(tǒng)性Ca²⁺信號(hào)的增強(qiáng)依賴于GLR3.3和GLR3.6

圖2 擬南芥glr3.3 glr3.6雙突變體對(duì)桃蚜及斜紋夜蛾的抗性降低