昆明植物所在玉米抗蟲次生代謝產物丁布類化合物的合成調控機制...
2020-11-22 中國科學院昆明植物所在玉米抗蟲次生代謝產物丁布類化合物的合成調控機制研究中取得進展
2020-10-09 昆明植物研究所
語音播報
玉米不僅是當今世界上重要的農作物、飼料及工業原料，同時也是重要的單子葉模式植物，其每年因蟲害造成的損失平均高達12% ~ 19%。目前，儘管植物抗蟲分子機理在某些植物，如擬南芥、野生菸草和番茄等物種中有了一定程度的認識，但是關於玉米抗蟲機制的研究卻很少。研究表明次生代謝產物丁布類化合物（BXs）是玉米中重要的抗蟲物質，並且其合成途徑也被廣泛研究，但是關於該類化合物合成的調控機制仍缺乏研究。
為進一步解析玉米如何通過調控丁布類化合物的合成進而調控植物抗蟲的分子機理，近期，中國科學院昆明植物研究所研究員吳建強團隊利用反向遺傳學手段與比較轉錄組分析，鑑定了兩條負調控關鍵丁布化合物DIMBOA和DIMBOA-Glc合成的信號途徑，即ZmMPK6和乙烯介導的信號途徑。該團隊首先發現玉米中的激酶ZmMPK6受模擬昆蟲取食的快速誘導激活，進一步通過穩定轉化，在玉米玉米自交系A188中將其沉默。研究發現，一旦ZmMPK6沉默，模擬昆蟲取食誘導的激素乙烯的釋放量則顯著下降，而抗蟲丁布類化合物DIMBOA和DIMBOA-Glc的含量上升，玉米對斜紋夜蛾、粘蟲以及玉米螟的抗性增強（圖1）。進一步，對模擬粘蟲取食處理的ZmMPK6沉默玉米A188外施乙烯並檢測其中的DIMBOA和DIMBOA-Glc水平變化，發現乙烯的施加降低了DIMBOA和DIMBOA-Glc的含量（圖2）。以上結果說明，粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成，進而通過乙烯途徑又負調控DIMBOA和DIMBOA-Glc的合成及植物的抗蟲性。通過比較分析ZmMPK6沉默玉米A188中模擬粘蟲取食和乙烯誘導的轉錄組，該研究還鑑定了一系列可能調控丁布合成酶基因表達的候選轉錄因子，為未來通過遺傳操作的方式實現農作物改良提供了重要參考靶基因。另外，該研究還通過對比不同玉米品系中模擬粘蟲取食誘導的ZmMPK6激酶活性以及乙烯、丁布類化合物的水平及植物的抗蟲性，揭示了玉米的抗蟲響應受遺傳多樣性的影響，為今後玉米、甚至單子葉農作物的研究提供了重要的理論基礎及參考依據。
該研究成果以ZmMPK6 and ethylene signaling negatively regulate the accumulation of anti‐insect metabolites DIMBOA and DIMBOA‐Glc in maize inbred line A188為題發表在New Phytologist雜誌上。昆明植物所博士研究生張翠萍為該論文第一作者，吳建強與副研究員齊金峰為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會及雲南省應用基礎研究計劃的資助。
文章連結
圖1. 粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成、負調控DIMBOA和DIMBOA-Glc合成及植物的抗蟲性
圖2. ZmMPK6通過乙烯信號途徑負調控DIMBOA和DIMBOA-Glc合成
玉米不僅是當今世界上重要的農作物、飼料及工業原料，同時也是重要的單子葉模式植物，其每年因蟲害造成的損失平均高達12% ~ 19%。目前，儘管植物抗蟲分子機理在某些植物，如擬南芥、野生菸草和番茄等物種中有了一定程度的認識，但是關於玉米抗蟲機制的研究卻很少。研究表明次生代謝產物丁布類化合物（BXs）是玉米中重要的抗蟲物質，並且其合成途徑也被廣泛研究，但是關於該類化合物合成的調控機制仍缺乏研究。
為進一步解析玉米如何通過調控丁布類化合物的合成進而調控植物抗蟲的分子機理，近期，中國科學院昆明植物研究所研究員吳建強團隊利用反向遺傳學手段與比較轉錄組分析，鑑定了兩條負調控關鍵丁布化合物DIMBOA和DIMBOA-Glc合成的信號途徑，即ZmMPK6和乙烯介導的信號途徑。該團隊首先發現玉米中的激酶ZmMPK6受模擬昆蟲取食的快速誘導激活，進一步通過穩定轉化，在玉米玉米自交系A188中將其沉默。研究發現，一旦ZmMPK6沉默，模擬昆蟲取食誘導的激素乙烯的釋放量則顯著下降，而抗蟲丁布類化合物DIMBOA和DIMBOA-Glc的含量上升，玉米對斜紋夜蛾、粘蟲以及玉米螟的抗性增強（圖1）。進一步，對模擬粘蟲取食處理的ZmMPK6沉默玉米A188外施乙烯並檢測其中的DIMBOA和DIMBOA-Glc水平變化，發現乙烯的施加降低了DIMBOA和DIMBOA-Glc的含量（圖2）。以上結果說明，粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成，進而通過乙烯途徑又負調控DIMBOA和DIMBOA-Glc的合成及植物的抗蟲性。通過比較分析ZmMPK6沉默玉米A188中模擬粘蟲取食和乙烯誘導的轉錄組，該研究還鑑定了一系列可能調控丁布合成酶基因表達的候選轉錄因子，為未來通過遺傳操作的方式實現農作物改良提供了重要參考靶基因。另外，該研究還通過對比不同玉米品系中模擬粘蟲取食誘導的ZmMPK6激酶活性以及乙烯、丁布類化合物的水平及植物的抗蟲性，揭示了玉米的抗蟲響應受遺傳多樣性的影響，為今後玉米、甚至單子葉農作物的研究提供了重要的理論基礎及參考依據。
該研究成果以ZmMPK6 and ethylene signaling negatively regulate the accumulation of anti‐insect metabolites DIMBOA and DIMBOA‐Glc in maize inbred line A188為題發表在New Phytologist雜誌上。昆明植物所博士研究生張翠萍為該論文第一作者，吳建強與副研究員齊金峰為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會及雲南省應用基礎研究計劃的資助。
文章連結
圖1. 粘蟲取食誘導ZmMPK6正調控乙烯合成、負調控DIMBOA和DIMBOA-Glc合成及植物的抗蟲性
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最近，由中科院昆明植物所研究員沈月毛主持的國家傑出青年科學基金項目「非傳統次生代謝產物的生物學功能及生物合成研究」通過了由國家自然科學基金委員會組織的結題驗收。專家組在評審後認為，該項研究從菌株篩選、化合物分離、結構確定到生物合成途徑探索及生物活性評價等都取得了明顯的成績，為探索和利用內生菌資源，開展其生物學活性研究提供了重要依據。 該項目以天然產物化學為基礎，以生理活性為導向，系統開展了微生物次生代謝產物的製備，生物學功能及作用機制探討，生物合成及合成機制研究等工作。 -
昆明植物所在高等真菌天然產物生物合成研究中取得進展
昆明植物所在高等真菌天然產物生物合成研究中取得進展 來源：昆明植物研究所 發布者：張薦轅 日期：2016-05-06 今日/總瀏覽：1/4360 -
研究揭示植物次生代謝調控新機制
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科研進展|昆明植物所在香茶菜屬植物內生真菌新穎活性次生代謝產物研究中取得新進展
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上海生科院揭示植物花青素合成調控機理
本文通過解析赤黴素信號轉導途徑中關鍵因子DELLA蛋白調控花青素合成的分子機理，揭示了植物通過調控次生代謝產物合成適應環境變化的新機制。 植物雖然不會移動，但也能像動物一樣感知環境的變化並精準應對。大量的研究表明植物抵禦環境脅迫的強大武器就是產生種類豐富的次生代謝產物。 -
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2013國際植物次生代謝與代謝工程研討會在武漢召開
由中國科學院武漢植物園發起並主辦的2013國際植物次生代謝與代謝工程研討會於7月5日至7日在武漢召開。植物的次生物質在維護植物自身的生存方面起著重要的作用如抗逆，抗病等，而這些次生代謝物質大多數是具有顯著的抗腫瘤、抗癌、抗氧化、降低血脂和膽固醇等作用的有效成分,與人類的健康密切相關。 -
說：植物有次生代謝 這是什麼？第一次聽說 趕緊看看
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研究發現泛素修飾調控植物類黃酮合成的分子機制
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微生物所揭示大麗輪枝菌通過調控脂質代謝和次生代謝以影響致病性...
微生物，特別是土壤中的細菌和真菌，在生長發育過程中會分泌大量小分子化合物——次生代謝物，該物質和初生代謝物不同，其非微生物生長所必需，但對微生物適應外界環境具有重要意義，無論是應對非生物脅迫還是生物脅迫。大麗輪枝菌是棉花黃萎病的致病原，影響棉花纖維的產量和品質。 -
紫莖澤蘭抗蟲有「妙招」
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蛋白醯化修飾調控天然產物生物合成研究取得進展
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紅樹林植物次生代謝產物研究獲進展
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萜類化合物生物合成的關鍵酶改造和調控研究等系列學術報告
為此，我們結合代謝工程和蛋白質工程手段，針對「生物合成限速酶的分子改造」和「生物合成途徑的平衡調控」等關鍵問題展開研究，取得以下成果：根據生物合成途徑的特性，分別基於自身或者旁路途徑終產物的顏色或者代謝中間產物的毒性建立新型高通量篩選策略，通過體內定向進化或共定向進化增強限速酶的催化活性，大幅提高了異戊二烯、類胡蘿蔔素等萜類化合物的生物合成效率；提出「變限制為控制」的生物合成途徑構建理念，建立碳源響應型順序調控和溫度響應型動態代謝調控體系