科研成果 | 浙江大学昆虫科学研究所王晓伟教授团队在植物科学顶级期刊发表研究成果!

发表时间:2025-01-07 00:00

2025年1月3日,浙江大学农业与生物技术学院昆虫科学研究所王晓伟教授团队在Molecular Plant上发表了题为“A small RNA effector conserved in herbivore insects suppresses host plant defense by cross-kingdom gene silencing”的研究论文。该研究揭示了一种保守的昆虫小RNA效应因子通过跨界基因沉默抑制寄主植物防御的机制,为昆虫与植物复杂防御-反防御互作提供了全新视角。

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https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.01.001




研究背景

Background

昆虫通过分泌唾液效应因子操控动物或植物的防御系统,从而增强自身存活能力并加剧对寄主的危害。在农业生态中,刺吸式口器昆虫(如粉虱、蚜虫、飞虱等)已成为严重威胁作物产量的重要害虫。其中,烟粉虱是一种对全球农业生产造成巨大经济损失的入侵性害虫,已扩散至全球100多个国家和地区。

浙江大学王晓伟教授团队长期致力于揭示烟粉虱快速入侵的生态与分子机制。该团队早期研究表明,烟粉虱分泌的唾液蛋白效应因子能够抑制植物防御,显著提升其在寄主植物上的适应性(Xu et al., 2019; Du et al., 2022)。然而,除了唾液蛋白,烟粉虱唾液中的其他组分是否具备效应因子的功能,以及其作用机制如何,尚未深入探讨。




研究内容

Contents


本研究发现,烟粉虱在取食烟草维管束汁液的过程中,通过唾液向植物组织释放一种microRNA(BtmiR29-b)。该microRNA能够抑制植物防御反应,显著提高烟粉虱的存活和繁殖能力(图1)。在唾液腺中,BtmiR29-b由烟粉虱的Dicer 1蛋白产生,经由囊泡系统转运,随着唾液释放至植物体内。进入植物后,BtmiR29-b劫持寄主植物的Argonaute 1蛋白,沉默植物防御基因Bcl-2-associated athanogene 4BAG4)。
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图1 烟粉虱miR29-b效应因子抑制烟草的防御

进一步研究表明,BAG4是植物激素水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)的正向调节因子。因此,BtmiR29-b介导的BAG4降解抑制了植物激素防御信号通路,致使植物防御被削弱。此外,该研究还揭示miR29-b在另一种半翅目昆虫桃蚜(Myzus persicae)中也作为唾液效应因子,通过降解BAG4抑制植物抗性。令人惊讶的是,miR29-b不仅在半翅目昆虫中高度保守,还在鞘翅目、膜翅目及直翅目昆虫中表现出类似保守性。研究团队进一步验证了miR29-b在番茄等植物中同样可以靶向保守的BAG4基因,从而抑制植物防御反应。

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图2 昆虫miRNA效应因子调控植物防御模型


综上所述,研究团队证明了昆虫高度保守的miR29-b通过跨界沉默寄主BAG4基因,调控植物激素信号通路以抑制其防御反应(图2)。这一发现不仅为深入理解植物-昆虫互作提供了重要科学依据,还为作物抗虫育种策略的开发提供了新的思路。

作者简介

浙江大学昆虫科学研究所王晓伟教授为论文的通讯作者。浙江大学博士后韩文昊和博士研究生冀顺霞为论文共同第一作者,浙江大学刘树生教授,浙江大学博士研究生张凤彬、宋红达、汪俊霞,硕士研究生谢睿,以及杭州联川生物技术有限公司工程师范小平参与了研究。本研究得到了国家自然科学基金(31925033、32161143008)和国家重点研发计划项目(2021YFC2600100)的支持。


参考文献:
Du, H., Xu, H.-X., Wang, F., Qian, L.-X., Liu, S.-S., and Wang, X.-W. (2022). Armet from whitefly saliva acts as an effector to suppress plant defences by targeting tobacco cystatin.New Phytologist 234:1848–1862.
Xu, H.-X., Qian, L.-X., Wang, X.-W., Shao, R.-X., Hong, Y., Liu, S.-S., and Wang, X.-W. (2019). A salivary effector enables whitefly to feed on host plants by eliciting salicylic acid-signaling pathway.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116:490–495.
内容来源:溪远讲植物科学

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