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果樹所在揭示兩個(gè)柑橘P450酶參與萜烯同系物的生物合成和驅(qū)避柑橘木虱的生物學(xué)功能研究方面取得新進(jìn)展
近日，果樹所柑橘黃龍病研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Horticulture Research（中科院一區(qū)，IF=8.7）在線發(fā)表了題為“Identification and characterization of two P450 enzymes from Citrus sinensis involved in TMTT and DMNT biosyntheses and Asian citrus psyllid defense”的研究論文。果樹所為論文第一完成單位，果樹所張欣欣教授和易干軍研究員為論文共同通訊作者，指導(dǎo)的博士研究生孫雪麗為論文第一作者，胡春華研究員參與柑橘轉(zhuǎn)基因工作的指導(dǎo)。
柑橘黃龍病（Huanglongbing, HLB）是目前已知柑橘類作物最具毀滅性的細(xì)菌性病害，成為制約全球柑橘產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題之一。HLB是由亞洲柑橘木虱傳播，因此通過(guò)防治柑橘木虱進(jìn)而遏制黃龍病傳播和蔓延具有一箭雙雕的效果，對(duì)柑橘產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。昆蟲-植物相互作用誘導(dǎo)的植物揮發(fā)性萜烯物質(zhì)在植物防御草食性害蟲攻擊中發(fā)揮重要作用，利用植物揮發(fā)性萜烯物質(zhì)調(diào)控食草性昆蟲的行為，可以在一定程度上減少害蟲的數(shù)量，在抗蟲研究上具有廣闊的應(yīng)用前景。因此本研究旨在柑橘中鑒定能夠驅(qū)避柑橘木虱的揮發(fā)性代謝物，尋找到控制這些代謝物產(chǎn)生的關(guān)鍵基因，通過(guò)功能驗(yàn)證探索這種策略控制HLB傳播的可能性。
本研究發(fā)現(xiàn)木虱取食甜橙能夠誘導(dǎo)其釋放出更多的萜烯同系物DMNT和TMTT，結(jié)合木虱取食甜橙葉片的RNA-seq數(shù)據(jù)和序列同源比對(duì)分析，鑒定到兩個(gè)P450酶基因CsCYP82L1和CsCYP82L2與DMNT和TMTT的合成有關(guān)，并且兩個(gè)基因的表達(dá)均受木虱取食持續(xù)誘導(dǎo)上調(diào)。利用酵母表達(dá)系統(tǒng)和穩(wěn)定過(guò)表達(dá)柑橘愈傷進(jìn)行的體外和體內(nèi)酶活測(cè)定結(jié)果顯示：CsCYP82L2在體外和體內(nèi)均能將(E, E)-geranyllinalool和(E)-nerolidol催化為TMTT和DMNT；而CsCYP82L1在體外能將(E, E)-geranyllinalool和(E)-nerolidol催化為TMTT和DMNT，在體內(nèi)只能將(E)-nerolidol催化為DMNT，表明二者在體外體內(nèi)的催化產(chǎn)物有所差異。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得CsCYP82L1過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因檸檬，并利用其葉片進(jìn)行木虱偏好性選擇實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株能夠大量合成DMNT，對(duì)木虱具有一定的驅(qū)避作用（圖1）。
此外，團(tuán)隊(duì)還鑒定到轉(zhuǎn)錄因子CsERF017能夠在體外和體內(nèi)結(jié)合CsCYP82L1基因啟動(dòng)子區(qū)DRE motif并激活其表達(dá)；并且CsCYP82L1在受木虱取食的瞬時(shí)過(guò)表達(dá)CsERF017檸檬植株葉片中的表達(dá)高于其在木虱未取食的過(guò)表達(dá)植株葉片的表達(dá)（圖2），由此認(rèn)為創(chuàng)制穩(wěn)定的過(guò)表達(dá)CsERF017轉(zhuǎn)基因植株，通過(guò)增加CsCYP82L1 mRNA的積累進(jìn)而調(diào)節(jié)DMNT的大量合成，將會(huì)對(duì)木虱有更好的驅(qū)避作用。綜上，本研究在柑橘中鑒定到對(duì)柑橘木虱具有驅(qū)避作用的CsCYP82L1基因，解析了其催化合成萜烯同系物的能力以及對(duì)柑橘木虱行為選擇的影響，為培育抗木虱柑橘品種提供了重要候選基因資源和理論基礎(chǔ)。
本研究得到了廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020B0202090005）和高水平農(nóng)科院建設(shè)科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)資金（R2020PY-JG002）項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：?https://doi.org/10.1093/hr/uhae037
圖1 柑橘木虱對(duì)野生型和過(guò)表達(dá)CsCYP82L1檸檬葉片的偏好性選擇以及柑橘木虱對(duì)DMNT和TMTT的行為反應(yīng)
圖2 CsERF017與CsCYP82L1啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合和直接激活CsCYP82L1的表達(dá)
