科研进展

植物为应对植食性昆虫威胁，演化出了复杂的物理和化学防御策略。表皮蜡质长久以来被认为是植物抵御地上部分植食性昆虫危害的重要物理屏障，能够影响植食性昆虫的附着、取食和产卵等。然而有证据表明，表皮蜡质的缺失能够提高植物的抗虫性，但表皮蜡质合成能否及如何影响植物的抗虫化学防御反应尚不明晰。

近日，河南大学宋纯鹏教授团队与周树堂教授团队共同在JIPB发表了题为“Trade-offs between the accumulation of cuticular wax and jasmonic acid–mediated herbivory resistance in maize”的研究论文（‍https://doi.org/10.1111/jipb.13586），揭示了玉米Glossy基因通过调控超长链脂肪酸合成进而调节茉莉酸介导的化学防御反应，阐释了表皮蜡质和植食性昆虫诱导的茉莉酸合成之间的拮抗关系。

图1. 玉米表皮蜡质合成基因缺失能够上调自身的抗虫化学防御水平

该研究发现，玉米表皮蜡质合成基因ZmGL8（编码3-酮酰还原酶）能够协调玉米表皮蜡质合成和茉莉酸（JA）介导的抗虫化学防御。ZmGL8缺失能够激活JA下游通路，进而增强玉米的抗虫化学防御。同时，不同玉米Glossy突变体和全球采集的24个玉米自交系中均存在蜡质积累和JA水平之间的权衡关系。转录组和脂质组联合分析表明，gl8突变体通过重塑超长链脂肪酸合成相关的脂质代谢而影响虫害诱导的JA合成及其下游通路。研究结果表明，超长链脂肪酸相关的脂质代谢是植物调节表皮蜡质和JA介导的化学防御之间权衡关系的关键，在植物-昆虫协同进化过程中，植物形成了协调自身物理和化学防御的有效策略。研究结果为培育玉米抗虫品种提供了理论依据。

图2.glossy基因调控表皮蜡质和虫害诱导JA合成之间拮抗关系的模式图

宋纯鹏教授团队的博士生刘炯和周树堂教授团队的博士生李璐、硕士研究生熊志隆为该论文的共同第一作者，宋纯鹏教授、周树堂教授和张茜副教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、高等学校学科创新引智计划和河南省重点研发专项等项目的资助。