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果樹所在揭示兩個柑橘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展
近日，果樹所柑橘黃龍病研究團隊在國際學(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?。℉uanglongbing, 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)展的瓶頸問題之一。HLB是由亞洲柑橘木虱傳播，因此通過防治柑橘木虱進而遏制黃龍病傳播和蔓延具有一箭雙雕的效果，對柑橘產(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，通過功能驗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)和序列同源比對分析，鑒定到兩個P450酶基因CsCYP82L1和CsCYP82L2與DMNT和TMTT的合成有關(guān)，并且兩個基因的表達(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)定過表達(dá)柑橘愈傷進行的體外和體內(nèi)酶活測定結(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。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得CsCYP82L1過表達(dá)轉(zhuǎn)基因檸檬，并利用其葉片進行木虱偏好性選擇實驗，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株能夠大量合成DMNT，對木虱具有一定的驅(qū)避作用（圖1）。
此外，團隊還鑒定到轉(zhuǎn)錄因子CsERF017能夠在體外和體內(nèi)結(jié)合CsCYP82L1基因啟動子區(qū)DRE motif并激活其表達(dá)；并且CsCYP82L1在受木虱取食的瞬時過表達(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)定的過表達(dá)CsERF017轉(zhuǎn)基因植株，通過增加CsCYP82L1 mRNA的積累進而調(diào)節(jié)DMNT的大量合成，將會對木虱有更好的驅(qū)避作用。綜上，本研究在柑橘中鑒定到對柑橘木虱具有驅(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研發(fā)計劃（2020B0202090005）和高水平農(nóng)科院建設(shè)科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項資金（R2020PY-JG002）項目的資助。
原文鏈接：?https://doi.org/10.1093/hr/uhae037
圖1 柑橘木虱對野生型和過表達(dá)CsCYP82L1檸檬葉片的偏好性選擇以及柑橘木虱對DMNT和TMTT的行為反應(yīng)
圖2 CsERF017與CsCYP82L1啟動子區(qū)的結(jié)合和直接激活CsCYP82L1的表達(dá)
