Plant Cell | 浙江大学娄永根/李冉团队揭示茉莉酸信号通过促进赤霉素代谢调控虫害抑制水稻生长的新机制

责编 | 王一

植物抗虫性的产生是以消耗有限的资源为代价，当受到植食性昆虫为害时，植物会优先分配一部分资源用于防御，从而导致生长缓慢，这个现象也被称为植物生长-防御的权衡。前期研究表明，这种权衡主要是由生长和抗性相关激素的互作来调控的。植食性昆虫取食主要激活了植物的茉莉酸（jasmonate, JA）信号途径，然而，JA如何调控虫害诱导的植物生长抑制还不清楚。

近日，浙江大学昆虫科学研究所娄永根/李冉团队在国际知名期刊The Plant Cell上发表了题为“Jasmonate-mediated gibberellin catabolism constrains growth during herbivore attack in rice”的研究论文，揭示了茉莉酸信号通过促进赤霉素代谢调控虫害抑制水稻生长的分子机制。

褐飞虱是水稻上一类重要害虫，严重影响水稻的产量。课题组在前期的研究中已经发现，褐飞虱为害显著激活水稻JA信号途径，并且JA正调控防御化合物的合成（如樱花素等）以及水稻对褐飞虱的抗性 (Xu et al., 2021, New Phytologist; Fu et al., 2022, Plant Cell and Environment; Wang et al., 2023, New Phytologist; Liu et al., 2023, PNAS) 。同时，课题组还发现褐飞虱为害可以显著性抑制水稻的生长。通过转录组学以及化学分析表明，水稻赤霉素（Gibberellin, GA）的代谢途径被激活。两个GA代谢酶GA2ox3和GA2ox7可以把有活性的GA转变成没有活性的GA，并参与了褐飞虱为害诱导的水稻生长抑制。进一步研究发现，JA正调控GA2ox3和GA2ox7介导的生长抑制，JA途径核心转录因子MYC2可以直接结合两个基因的启动子区域，进而调控这些基因的表达。并且在调控JA-GA互作方面，MYC2-GA2ox模块有别于传统认为的JAZ-DELLA模块。

综上所述，该研究发现了一种调控植物生长和防御权衡的新机制，即当受到褐飞虱为害时，水稻JA信号途径一方面调控防御的产生，另一方面通过激活GA的代谢途径削弱植物生长，从而更加合理和快速的分配有限的资源，该研究为培育高产又抗虫的水稻品种提供了重要理论基础。

浙江大学昆虫所博士生金高晨为论文第一作者，李冉研究员为论文通讯作者。浙江大学娄永根教授、中科院昆明植物所齐金峰副研究员以及德国马普化学生态研究所的Ian Baldwin教授和Jonathan Gershenzon教授对本研究给予了大力帮助。该研究得到了十四五国家重点研发计划、马普伙伴小组计划和海外高层次人才项目的资助。

据悉，李冉课题组近五年来聚焦JA信号途径在水稻和害虫互作中的功能，在PNAS（2023）、Plant Cell （2023）、New Phytologist（2021, 2023）、Plant Cell and Environment（2020, 2022）等期刊发表多篇研究论文。

参考文献

1. Mengyu Liu, Gaojie Hong, Huijing Li, Xiaoli Bing, Yumeng Chen, Xiangfeng Jing, Jonathan Gershenzon, Yonggen Lou, Ian T. Baldwin, Ran Li*. (2023) Sakuranetin protects rice from brown planthopper attack by depleting its beneficial endosymbionts. PNAS, 120: e2305007120.

2. Xinjue Wang, Yumeng Chen, Shuting Liu, Wenjie Fu, Yunqi Zhuang, Jie Xu, Yonggen Lou, Ian T. Bladwin*, Ran Li*. (2023) Functional dissection of jasmonate receptors involved in development and defense. New Phytologist, 238: 2144-2158.

3. Jie Xu, Xinjue Wang, Hongyue Zu, Xuan Zeng, Ian T. Baldwin, Yonggen Lou*, Ran Li*. (2021) Molecular dissection of rice phytohormone signaling involved in resistance to a piercing-sucking herbivore. New Phytologist, 230: 1639-1652.

4. Wenjie Fu, Gaochen Jin, Guillermo H. Jiménez-Alemán, Xinjue Wang, Jiajin Song, Suhua Li, Yonggen Lou, Ran Li*. (2022) The jasmonic acid-amino acid conjugates JA-Val and JA-Leu are involved in rice resistance to herbivores. Plant, Cell and Environment, 45, 262-272.

https://doi.org/10.1093/plcell/koad191