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动物所揭示了大气二氧化碳浓度升高下植物抗虫性的新机制
  发布日期:2017-12-07  |  来源:农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室  |      

  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MPK3MPK6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SGT1RAR1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PTIETI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


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