Plant Physiology | 云南大学陈小兰课题组揭示bHLH090调控黑芥子酶异形胞发育和黑芥子酶形成促进抗虫的机制

近日，云南大学生命科学学院陈小兰教授课题组、云南生物资源保护与利用国家重点实验室王后平研究组与昆明学院周丽娟合作在中科院一区Top杂志Plant Physiology在线发表了题为bHLH090 promotes insect resistance by positively regulating myrosin idioblast development and myrosinase biosynthesis的研究论文，揭示拟南芥转录因子 bHLH090通过调控黑芥子酶异细胞发育与黑芥子酶生物合成，增强抗虫性的分子机制。阐明 “FAMA–bHLH090–TGG1” 调控模块的功能，为十字花科作物抗虫育种提供重要理论依据与分子靶点。

“芥子油苷-黑芥子酶” （glucosinolate–myrosinase）防御系统在十字花科植物抵御昆虫侵害中发挥关键作用。该系统中，底物芥子油苷和其水解酶分别定位于不同的细胞类型，其中黑芥子酶在黑芥子酶异形胞（Myrosin Idioblast, MIs）中合成并大量积累。当昆虫取食破环细胞结构时，原本空间隔离的黑芥子酶与芥子油苷发生接触，启动水解反应并释放有毒物质，从而发挥防御功能。

该研究证实，转录因子 bHLH090在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中正向调控MIs的发育及黑芥子酶生物合成。bHLH090 特异性表达于叶片、茎和萼片的 MIs 中。bhlh090突变体中，真叶内发育成熟的 MIs 数量减少，黑芥子酶生物合成基因硫代葡萄糖苷水解酶 1（TGG1）的表达量及黑芥子酶活性均显著降低。相反，bHLH090 过表达转基因植株中，TGG1 表达量及黑芥子酶活性均提高。进一步表型分析显示，bhlh090 突变体植株对甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）的敏感性增强，而 bHLH090 过表达植株则表现出更强的抗虫性。

机制研究表明，bHLH090 在MIs 中的表达依赖于该类型细胞发育的核心调控因子 FAMA——在fama-1 功能缺失突变体中，bHLH090表达完全缺失。FAMA 可直接结合 bHLH090 启动子区域并促进其表达。此外，bHLH090 还通过与 FAMA互作，增强 FAMA 激活 TGG1 的能力。

综上，该研究系统揭示了 bHLH090 在调控MIs 发育与抗虫防御中的核心功能，为油菜、甘蓝、白菜等十字花科作物的抗虫性状精准改良提供了明确分子靶标。通过基因编辑或转基因技术调控bHLH090及其相关通路，有望培育出高抗虫性作物品种，从而减少化学农药依赖，助力绿色农业的可持续发展。

图1、FAMA-bHLH090-TGG1模块介导的抗虫机制模型

云南大学生命科学学院陈小兰教授和王后平副研究员为共同通讯作者，陈小兰课题组已出站博士后周丽娟（现为昆明学院正高级工程师），硕士研究生朱玲燕、刘利梅和王后平研究员课题组刘思远为该论文共同第一作者，硕士研究生王文斌、张紫静共同参与本研究并做出了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金和云南省基础研究计划等多项经费的支持。

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf529