動物所揭示了大氣二氧化碳濃度升高下植物抗蟲性的新機製
大氣CO2濃度升高不僅通過影響植物的光合作用提高作物產量，還對植物抗蟲性產生深刻影響。過去研究表明，CO2濃度升高會降低植物的茉莉酸和乙烯信號途徑，有利於刺吸式口器昆蟲種群發生，但對於植物抗蟲激素途徑的上遊調控一直不清楚。中科院動物所戈峰研究組的孫玉誠博士、郭慧娟博士以蚜蟲和轉基因煙草為材料，研究大氣CO2濃度升高對植物抗蚜信號上遊調控的影響，發現大氣CO2濃度升高會特異性增加植物絲裂原活化蛋白激酶MPK4的表達，對MPK3和MPK6沒有影響。而MPK4的增加一方麵抑製下遊茉莉酸信號途徑的表達，降低植物對蚜蟲的有效抗性；另一方麵誘導氣孔閉合增加植物水勢和水分含量，有利於提高蚜蟲的取食效率，此研究揭示MPK4是植物響應大氣CO2濃度升高和蚜蟲侵染的關鍵節點，利用“雙管齊下”的雙重調節方式有利於蚜蟲的種群發生。相關研究在線發表在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）
不僅如此，進一步利用中國科學院動物所小湯山全球氣候變化研究基地的野外12個大型開頂式CO2模擬控製氣室，對更為上遊的植物抗蚜信號途徑的受體進行探究，基於蛋白組學和基因表達發現大氣CO2濃度升高通過增加植物HSP90及其伴侶分子SGT1和RAR1的表達，有利於增強R-gene介導的抗蟲信號（NBS-LRR跨膜保守序列），並增加茉莉酸信號途徑和泛素化介導的蛋白降解途徑，不利於蚜蟲的取食和種群發生。且通過VIGS幹擾HSP90的表達後，降低了具有R抗性基因植物的茉莉酸信號和泛素化介導的蛋白降解途徑，削弱了對蚜蟲取食為害的有效抗性。此項研究首次闡明了大氣CO2濃度升高通過增加HSP90表達提高R-gene介導的抗性，揭示CO2濃度升高對寄主植物PTI和ETI抗性反向效應的分子基礎。相關研究在線發表在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）。
這些工作主要由中國科學院院必威在线网址
戈峰研究組的孫玉誠博士、郭慧娟博士完成，得到了中科院戰略先導專項（XDB11050400）等項目的支持。
大氣CO2濃度升高下植物抗蟲性的新機製
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