近期，Insects雜志（JCR Q1區(qū)，中科院分級二區(qū)）在線發(fā)表了我系路慧教師題為“Integrated Omics Analysis Reveals Key Pathways in Cotton Defense against Mirid Bug (Adelphocoris suturalis Jakovlev) Feeding”的研究論文，該研究揭示了α-亞麻酸代謝途徑在棉花的抗蟲防御反應機制中的重要作用，為植物抗蟲育種提供了新思路和重要基因資源。

路老師通過對中黑盲蝽危害后棉花葉片代謝組分析，鑒定出11類，共496個差異代謝物，代謝物中萜類、生物堿、苯丙素類、黃酮和異黃酮其衍生物這四類含量顯著上升、 說明中黑盲蝽取食誘導了棉花次生代謝反應。

對差異代謝物進行KEGG功能注釋及功能分析顯示，496個差異代謝物共注釋到 65 條 KEGG 代謝通路中，并對其中兩個重要的代謝通路進一步分析發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸代謝途徑（14上調(diào)，2下調(diào)），果糖和甘露糖代謝途徑（6上調(diào)，8下調(diào)）。說明中黑盲蝽取食后，棉花體內(nèi)多種具有潛在殺蟲活性的代謝物含量顯著上升，表現(xiàn)出防御反應。

棉花蛋白質(zhì)組鑒定到的差異蛋白質(zhì)進行KEGG通路富集分析表明，差異蛋白共富集到35個代謝通路中，其中包括α-亞麻酸(ALA)代謝途徑和果糖和甘露糖代謝途徑。

進一步聯(lián)合分析代謝組和蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸代謝途徑中17個蛋白酶表達量顯著增加，僅有2個蛋白酶表達量降低，與該途徑中14個代謝物含量顯著增加對應；果糖和甘露糖生物合成途徑中的19個蛋白酶表達量下調(diào)，僅有7個蛋白酶表現(xiàn)上調(diào)，與該通路中8個代謝物下調(diào)相對應。

為了探究α-亞麻酸代謝途徑在棉花抗蟲防御中的反應，團隊又進一步研究了該代謝途徑中重要的蛋白酶基因在棉花中的表達量情況，研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控α-亞麻酸代謝途徑的丙二烯氧化合酶基因（AOS）、磷脂酶A基因（PLA）、乙醇脫氫酶基因（ADH）、烯氧化環(huán)化酶基因（AOC）、12-氧苯二甲酸還原酶基因（OPR）的表達量可顯著響應中黑盲蝽取食。

路老師認為，棉花的抗中黑盲蝽防御反應是一個復雜的過程，包括棉花次生代謝物含量的上升，如萜烯、生物堿、苯丙素和黃酮類化合物，還有營養(yǎng)物質(zhì)含量的降低，如果糖和甘露糖生物合成途徑的代謝物和蛋白質(zhì)，以及關鍵途徑中代謝物和蛋白質(zhì)的上調(diào)，如ALA代謝途徑的代謝物和蛋白質(zhì)。團隊重點闡明了中黑盲蝽誘導棉花產(chǎn)生抗性的代謝通路，即ALA代謝通路，該代謝通路中大多數(shù)蛋白酶上調(diào)，導致茉莉酸（JA）水平升高。作者認為ALA代謝途徑對棉花的防御反應有重要作用，其中AOS、AOC、PLA和OPR3等蛋白酶被認為是棉花抗性的關鍵調(diào)節(jié)因子，本研究結(jié)果為篩選抗蟲代謝物、蛋白質(zhì)及抗蟲基提供了理論依據(jù)，為害蟲生物防治提供了新的參考思路。

本文第一作者為河套學院農(nóng)學系專任教師路慧，其為華中農(nóng)業(yè)大學和中國農(nóng)業(yè)科學院聯(lián)合培養(yǎng)博士，該工作得到了國家科技攻關重大專項（(2023ZD04062）、河套學院科研基金（(HYZY202004）等基金的支持。

鏈接： https://doi.org/10.3390/insects15040254