PNAS | 浙江大学李冉课题组设计合成新型水稻抗虫诱导剂

植物免疫诱抗剂（也称为植物疫苗）是一类新型绿色农药，通过激发植物自身抗性实现病虫害防控。目前抗病诱导剂研究较多，但针对抗虫诱导剂的研究仍较为有限。

前期，浙江大学昆虫所李冉课题组围绕水稻和褐飞虱的互作机制开展研究，发现茉莉酸（jasmonate, JA）信号途径正调控水稻对褐飞虱的抗性，并明确了JA信号途径的OsCOI1a和OsCOI2受体参与调控抗虫性，而OsCOI1b主要调控生长发育；研究还揭示了虫害诱导的JA激活赤霉素代谢途径来抑制水稻的生长；同时通过遗传学手段找到了提高水稻抗虫性而不影响水稻生长的一些途径。

近日，该团队在国际知名期刊PNAS上发表了题为A synthetic jasmonate receptor agonist uncouples the growth-defense trade-off in rice的论文。该研究利用化学遗传学的方法，筛选出一种抗虫特异性的JA激动剂甲酯化产物——1-oxoindanoyl isoleucine（In-Ile），并解析了其作用机制。

在高等植物中，活性JA信号分子茉莉酸异亮氨酸（JA-Ile）可被COI和JAZ共受体识别，激活下游JA响应基因的表达。由于植物中COI/JAZ共受体存在多样性，这可能与JA调控的多样性有关。团队通过对JA-Ile进行化学改造，合成了一系列6位取代（H-/C2H5-/F-/Cl-/Br-/I-）的In-Ile。生化实验表明，这些化合物的游离酸形式均可以做为JA激动剂，与不同共受体互作并降解相应JAZ蛋白。其中，In-Ile能特异性增强水稻对褐飞虱的抗性，且不影响植株生长。机制研究表明，In-Ile的游离酸形式选择性结合抗虫相关共受体OsCOI1a/2-OsJAZ3/4/6/7/12，而非生长相关受体OsCOI1b-OsJAZs，从而激活下游OsMYB55介导的防御相关途径。初步的田间试验证实，In-Ile处理可显著提高水稻对褐飞虱的抗性，对产量无负面影响。此外，In-Ile不存在同分异构体，化学合成较JA-Ile更简单。

综上，该研究通过化学遗传学手段破解了作物“抗虫-生长”权衡难题，为绿色农药研发提供了新思路。团队下一步将优化In-Ile的规模化制备以及田间应用技术，推动其作为新型抗虫诱导剂的实际应用。

浙江大学昆虫所博士生肖俊礼和德国马普化学生态研究所Yoko Nakamura博士为论文第一作者，浙江大学昆虫所李冉研究员为论文通讯作者。浙江大学娄永根教授、德国马普化学生态研究所Ian T. Baldwin和Wilhelm Boland教授对本研究给予了大力帮助。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、十四五国家重点研发计划和马普伙伴小组计划的资助。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2505675122