大气CO₂浓度升高不仅通过影响植物的光合作用提高作物产量，还对植物抗虫性产生深刻影响。过去研究表明，CO₂浓度升高会降低植物的茉莉酸和乙烯信号途径，有利于刺吸式口器昆虫种群发生，但对于植物抗虫激素途径的上游调控一直不清楚。中科院动物所戈峰研究组的孙玉诚博士、郭慧娟博士以蚜虫和转基因烟草为材料，研究大气CO₂浓度升高对植物抗蚜信号上游调控的影响，发现大气CO₂浓度升高会特异性增加植物丝裂原活化蛋白激酶MPK4的表达，对MPK3和MPK6没有影响。而MPK4的增加一方面抑制下游茉莉酸信号途径的表达，降低植物对蚜虫的有效抗性；另一方面诱导气孔闭合增加植物水势和水分含量，有利于提高蚜虫的取食效率，此研究揭示MPK4是植物响应大气CO₂浓度升高和蚜虫侵染的关键节点，利用“双管齐下”的双重调节方式有利于蚜虫的种群发生。相关研究在线发表在Journal of Experimental Botany （Up-regulation of MPK4 increases the feeding efficiency of the green peach aphid under elevated CO₂ in Nicotiana attenuata. doi:10.1093/jxb/erx394） 

　　不仅如此，进一步利用中国科学院动物所小汤山全球气候变化研究基地的野外12个大型开顶式CO₂模拟控制气室，对更为上游的植物抗蚜信号途径的受体进行探究，基于蛋白组学和基因表达发现大气CO₂浓度升高通过增加植物HSP90及其伴侣分子SGT1和RAR1的表达，有利于增强R-gene介导的抗虫信号（NBS-LRR跨膜保守序列），并增加茉莉酸信号途径和泛素化介导的蛋白降解途径，不利于蚜虫的取食和种群发生。且通过VIGS干扰HSP90的表达后，降低了具有R抗性基因植物的茉莉酸信号和泛素化介导的蛋白降解途径，削弱了对蚜虫取食为害的有效抗性。此项研究首次阐明了大气CO₂浓度升高通过增加HSP90表达提高R-gene介导的抗性，揭示CO₂浓度升高对寄主植物PTI和ETI抗性反向效应的分子基础。相关研究在线发表在New Phytologist （Elevated CO₂ increases R gene-dependent resistance of Medicago truncatula against the pea aphid by up-regulating a heat shock gene. doi: 10.1111/nph.1489）。　　 

　　这些工作主要由中国科学院院动物研究所戈峰研究组的孙玉诚博士、郭慧娟博士完成，得到了中科院战略先导专项（XDB11050400）等项目的支持。　

大气CO₂浓度升高下植物抗虫性的新机制

大气CO₂浓度升高下植物抗虫性的新机制