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《棉花遗传改良团队解析棉铃虫效应子PPI5调控植物防御的分子机制》

  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2025-07-15

  • 棉花是重要的战略物资，我国棉花种植业产值1500亿，棉纺织全产业链1.2万亿，是我国的支柱产业之一。棉花常年种植面积4500万亩，87%的面积在新疆，涉及4000多万人就业，对边疆稳定、经济发展意义重大。棉花虫害多达30余种，常年造成200亿元以上的经济损失。棉铃虫是一种广泛分布的多食性害虫。由于它的杂食性、迁徙力和高繁殖力，棉铃虫已经入侵了亚洲、非洲和欧洲等多个国家。这种昆虫能够以100多种不同的植物为食，对作物造成重大经济损失，估计价值超过20亿美元。Bt抗虫棉部分实现对棉铃虫的防控，但Bt抗性逐渐下降，次级害虫上升为主要害虫，至今没有有效的控制办法。我国抗虫棉研发滞后，主要原因是缺乏突破性抗虫基因以及遗传工程技术创新不足。阐明棉花抗虫机制发掘新基因、开发基因工程新工具具有重要意义，是我国抗虫棉升级的必由途径。  2024年10月1日，华中农业大学棉花遗传改良团队在Advanced

    Science杂志在线发表了题为“Cotton bollworm (H. armigera) effector PPI5 targets

    FKBP17-2 to inhibit ER immunity and JA/SA responses, enhancing insect

    feeding”的研究论文，文章解析了棉铃虫效应子PPI5靶向FKBP17-2抑制内质网免疫和JA/SA响应，促进昆虫取食的分子机制。

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  • 《解析棉铃虫效应子PPI5调控植物防御的分子机制》
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-10-28
    •     棉花是重要的战略物资，我国棉花种植业产值1500亿，棉纺织全产业链1.2万亿，是我国的支柱产业之一。棉花常年种植面积4500万亩，87%的面积在新疆，涉及4000多万人就业，对边疆稳定、经济发展意义重大。棉花虫害多达30余种，常年造成200亿元以上的经济损失。棉铃虫是一种广泛分布的多食性害虫。由于它的杂食性、迁徙力和高繁殖力，棉铃虫已经入侵了亚洲、非洲和欧洲等多个国家。这种昆虫能够以100多种不同的植物为食，对作物造成重大经济损失，估计价值超过20亿美元。Bt抗虫棉部分实现对棉铃虫的防控，但Bt抗性逐渐下降，次级害虫上升为主要害虫，至今没有有效的控制办法。我国抗虫棉研发滞后，主要原因是缺乏突破性抗虫基因以及遗传工程技术创新不足。阐明棉花抗虫机制发掘新基因、开发基因工程新工具具有重要意义，是我国抗虫棉升级的必由途径。     2024年10月1日，华中农业大学棉花遗传改良团队在Advanced Science杂志在线发表了题为“Cotton bollworm (H. armigera) effector PPI5 targets FKBP17-2 to inhibit ER immunity and JA/SA responses, enhancing insect feeding”的研究论文，文章解析了棉铃虫效应子PPI5靶向FKBP17-2抑制内质网免疫和JA/SA响应，促进昆虫取食的分子机制。     本研究收集了以棉花叶片为食的棉铃虫的口腔分泌物（OSs），并进行了蛋白质组学分析，共筛选出19个候选基因。利用烟草瞬时表达系统筛选到一个候选基因，PPI5诱导了烟草叶片细胞的坏死反应。进一步实验发现PPI5诱导的细胞死亡不依赖于与PTI和ETI相关的介导细胞死亡的途径。酵母信号肽实验、蛋白涂抹实验、全量免疫组化实验进一步证明了PPI5分泌到植物中干扰植物的防御反应。在烟草和棉花异源表达PPI5不仅增加了烟草和棉花对棉铃虫的易感性，还抑制了棉花和烟草的JA、SA响应。为了探究PPI5对棉花和烟草激素水平的调控作用，团队用PPI5做诱饵进行酵母文库筛选。Y2H, LCI, BIFC和Pulldown实验证明PPI5与GhFKBP17-2直接互作。进一步实验发现，PPI5与GhFKBP17-2共定位在内质网上且PPI5直接抑制GhFKBP17-2的PPIase酶活和内质网介导的植物免疫。 最后，CRISPR/Cas9敲除突变体(CR-GhFKBP17-1/3)、VIGS材料 (TRV: GhFKBP17-2)和过表达系(OE -GhFKBP17-1/3)在温室和田间的昆虫生物测定实验共同表明GhFKBP17-2在棉铃虫侵染中正向调节内质网(ER)应激介导的植物免疫。     综上，团队解析了PPI5和GhFKBP17-2在调节植物防御反应和敏感性的互作模型。昆虫摄食会诱导食草动物相关分子模式（HAMP），从而激活内质网（ER）定位蛋白 FKBP17-2。这种激活会触发ER中的未折叠蛋白反应（UPR），从而诱导ER应激，最终导致细胞程序性死（PCD）。此外，棉铃虫的口腔分泌蛋白 PPI5 通过取食造成的机械伤口进入植物体内。一方面，PPI5 与 GhFKBP17-2 相互作用，抑制蛋白质的表达和 PPIase 的活性，从而抑制 ER 应激介导的植物免疫。另一方面，PPI5 还能抑制 JA 和 SA 的防御反应。PPI5 介导的植物免疫抑制可能会使植物更容易受到棉铃虫的入侵，从而改善棉铃虫的取食和发育。
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  • 《棉花遗传改良团队解析TT16协同MYB-bHLH-WD（MBW）复合体调控棕色纤维产生的遗传机制》
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2025-07-15
    •     棉花（Gossypium spp.）作为一种主要的经济作物和重要的纺织材料，在全球范围内被广泛种植。除了大家熟知的白色棉花以外，彩色棉同样具有悠久的历史，早在明清时期就作为时尚单品风靡一时，据史料记载，彩棉织就的紫花布衣曾经一度成为欧洲贵族身份的象征。与白色棉花不同，彩色棉天然具有色彩，在纤维发育过程中，色素逐渐积累，最终成熟纤维呈现为彩色。因此，彩棉免去了印染、漂白等加工过程，减少化学染料使用的同时，避免了化学物质残留对人体的潜在危害。然而，彩色棉纤维品质较差、色谱狭窄且不稳定等特点，严重制约了其产业发展。目前，深入挖掘彩棉形成的遗传机制和调控网络，利用现代生物技术，更加有效地赋能调控基因，并结合传统杂交技术，被认为是突破彩棉发展瓶颈的有效手段。  10月13日，棉花遗传改良团队在Plant Physiology 在线发表了题为“TRANSPARENT TESTA 16 collaborates with MYB-bHLH-WD40 transcriptional complex to produce brown fibre cotton”的研究论文，揭示了转录因子TT16协同MBW复合体调控棕色纤维产生的遗传机制。    该团队前期利用海岛棉Pima90-53与陆地棉HD208杂交并自交多代产生的纯合的深棕色棉突变体Ys 以及收集得到的100份棕色棉和109份白色棉花，开展连锁分析和关联分析，定位到控制棕色棉的遗传区域LC1，并将其分解为两个遗传位点qBF-A07-1和 qBF-A07-2，其中qBF-A07-1介导棕色棉颜色的产生，而qBF-A07-2影响了棕色棉的深浅。在此基础上，分别发掘了两个位点可能的候选基因Gh_TT2和Gh_WD （Plant Biotechnology Journal, 2018）。
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