昆明植物所在植物抵御害虫的蛋白酶抑制剂基因调控研究中取得进展

来源：中国科学院昆明植物研究所

许多植物在受到昆虫的啃食后，会大量合成蛋白酶抑制剂（protease inhibitor）。蛋白酶抑制剂能高水平的抑制害虫体内的消化酶，被认为是植物抵御害虫的一种重要的天然防御手段。因为昆虫的啃食会快速激活植物体内的茉莉酸信号系统，而且目前大多分离到的蛋白酶抑制剂基因均受到茉莉酸的调控，因此目前普遍的观点是茉莉酸信号是调控蛋白酶抑制剂合成的最主要的信号分子。但是，植物体内是否存在别的信号调控的蛋白酶抑制剂仍然未知。 

中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴劲松研究组以渐狭叶烟草为材料，综合利用了分子生物学、生物化学等多学科的手段，发现了一个轻微受茉莉酸信号调控，但是基本受到转录因子WRKY3及WRKY6调控的Kunitz型蛋白酶抑制剂基因NaKTI2。该基因编码的蛋白具有典型的Kunitz型蛋白酶抑制剂的结构域，而且本式烟瞬时超表达的结果显示它具有较高的蛋白酶抑制剂活性。该基因沉默后，植物上的害虫生长得更好，存活率更高。 

该研究发现，当植物受到害虫啃食时，茉莉酸信号途径被激活，其调控了土豆II型家族的蛋白酶抑制剂基因NaPI的表达；与此同时，NaWRKY3和NaWRKY6两个转录因子也被激活并调控了Kunitz型蛋白酶抑制剂基因NaKTI2的表达；最终NaKTI2和NaPI两种不同类型的蛋白酶抑制剂基因的大量表达，共同提高了虫害啃食后植物叶片的蛋白酶抑制剂的活性（见下面工作模型图）。该研究揭示了植物中基于胰蛋白酶抑制剂防御反应调控的复杂性，为植物抵御害虫信号网络的构建提供了基础。 

目前，该研究成果以“NaKTI2, a Kunitz trypsin inhibitor transcriptionally regulated by NaWRKY3 and NaWRKY6, is required for herbivore resistance in Nicotiana attenuata”为题在线发表在植物学经典期刊Plant Cell Reports杂志上。云大和昆明植物所联合培养的研究生殷敏为论文的第一作者，吴劲松研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等的资助。 

昆虫啃食下植物调控蛋白酶抑制剂活性的工作模型