《水稻叶片对食草动物草地贪夜蛾的早期转录组学反应》

  • 来源专题:农业生物安全
  • 编译者: 刘小燕
  • 发布时间:2024-03-24
  • 在食草过程中,咀嚼昆虫将复杂的口腔分泌物 (OS) 沉积在植物伤口上。了解植物如何对食草动物的不同线索做出反应仍然是一个活跃的研究领域。在这项研究中,我们采用食草模拟实验研究了水稻植物叶片对草地贪夜蛾幼虫损伤、OS和OS微生物群的早期转录反应。伤口诱发了与茉莉酸盐等激素相关的大量早期反应。这种反应在OS治疗后急剧改变,表明OS特异性通路的激活。在比较原生和非生态OS处理时,我们观察到很少有基因调控。这表明,除了伤害外,水稻的早期反应主要是由OS的昆虫化合物而不是微生物驱动的。然而,微生物群影响编码关键植物激素合成酶的基因,表明OS微生物群对植物反应有额外的调节作用。
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  • 《基因组所萧玉涛团队发现草地贪夜蛾关键抗性基因》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2023-11-10
    •     近日,基因组所农业昆虫基因组学创新团队在《美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)》(IF=11.1)上发表题为“Downregulation of a transcription factor associated with resistance to Bt toxin Vip3Aa in the invasive fall armyworm”的研究论文。该研究综合运用遗传学、分子生物学、基因编辑等研究方法定位了首个Bt-Vip3A抗性基因。该抗性基因为myb转录因子(命名为Sfmyb)。进一步研究发现,Sfmyb启动子区域缺失导致其表达量显著下调,介导草地贪夜蛾对新型杀虫蛋白Vip3Aa的抗性。该研究在全球范围内首次鉴定到了Bt-Vip3A抗性基因位点,并且解析了候选基因的作用机制。     营养期杀虫蛋白(vegetative insecticidal proteins,Vip3A)是苏云金芽孢杆菌 (Bt) 在营养生长阶段产生的一种新型杀虫蛋白,对许多重要鳞翅目害虫具有较强的杀虫活性。是极其重要的生物育种工具基因。表达Vip3A的玉米和棉花的作物已在美国、巴西、阿根廷等地商业化种植,对粮食安全生产起到了重要的保障作用。但是Vip3A蛋白的作用机理和抗性机制的研究仍然非常匮乏,是抗虫作物持续发挥功效的重大隐患。     团队以重大入侵农业害虫草地贪夜蛾为模型,通过35代的汰选,获得了一个对Vip3Aa具有206倍的抗性品系DH-R。利用F2分离的表型开展了GWAS分析,通过正向遗传学的手段成功定位到1个候选区间。随后通过精细定位、抗感之间转录组分析等,鉴定到一个抗性相关基因Sfmyb。进一步采用基于CRISPR/Cas9基因编辑和RNAi的反向遗传策略,在草地贪夜蛾体内敲除或者敲低该基因后,幼虫对Vip3Aa的敏感性显著降低,从而明确了Sfmyb是草地贪夜蛾对Vip3Aa产生抗药性的关键基因。克隆启动子区域,发现在抗性品系中Sfmyb启动子具有多个点突变和2个indel,启动子活性实验表明,抗性品系中Sfmyb启动子活性显著下调。最后,利用酵母单杂系统对Sfmyb调控的下游靶标基因进行了预测,对潜在的靶标基因进行了分析。
  • 《中国农业大学揭示草地贪夜蛾快速入侵的适应性机制》

    • 编译者:李周晶
    • 发布时间:2024-10-29
    • 草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)是联合国粮农组织全球预警的重大迁飞性、暴食性农业害虫,原产于美洲热带和亚热带地区,自2016年入侵非洲以来,已迅速扩散到东亚、东南亚以及大洋洲等地。草地贪夜蛾根据寄主偏好性分为水稻型和玉米型两种生物型,不同生物型在基因组上存在明显差异。尽管两种生物型之间的杂交已被广泛记录,但这种杂交是否影响该物种的入侵和适应能力尚不清楚。中国农业大学植物保护学院研究团队利用来自全球四大洲的不同亚型草地贪夜蛾样本及大规模群体基因组数据解析了该物种在全球快速入侵的基因组适应性机制,研究成果于9月30日在国际知名学术期刊《Journal of Advanced Research》上。 该研究收集了全球范围内432个草地贪夜蛾样本的全基因组测序数据,涵盖了该物种美洲原生地和非洲、东亚、东南亚等主要入侵地,并重点对中国的入侵样本进行了测序。对原生地和入侵地种群遗传特征的分析显示,不同生物型的杂交可能显著提高了入侵地种群的遗传多样性。进一步对与入侵过程相关的基因组自然选择信号的分析发现,与环境压力响应、解毒代谢过程和能量供应相关的基因位点在不同入侵地种群都受到选择。对原生地种群的选择分析揭示了入侵过程中受到选择性清除的基因位点可能在原生地由平衡选择维持了高度的多态性,使入侵地种群更易通过遗传瓶颈。同时,研究还发现了70个与脂质代谢和解毒过程相关的关键基因,这些基因在美洲到非洲的初次入侵过程中经历了选择性清除,但在非洲到亚洲的二次入侵中恢复了多态性,表现出多样化选择特征。进一步的研究结果表明不同生物型的杂交对关键基因多态性的维持起到了重要的作用。 该研究通过群体基因组学的方法解析了不同生物型杂交在维持草地贪夜蛾入侵地遗传多样性中的作用,同时揭示了原生地平衡选择对其全球入侵过程的重要贡献。这一发现不仅阐明了这一全球性入侵害虫实现快速扩散的遗传基础,还为具有种内多态性的物种如何快速适应新环境提供了新的见解。