大豆症青的“神秘面纱”被揭开！

 

      近日，宁波大学陈剑平院士团队及合作者发现点蜂缘蝽直接取食，而并不是其携带/传播的病毒，导致大豆症青的发生，同时揭示大豆FT基因家族成员GmFT2a在点蜂缘蝽引起的大豆症青中发挥重要作用。研究成果以“Transcriptional profiling reveals a critical role for GmFT2a in soybean staygreen syndrome caused by the pest Riptortus pedestris”为题在线发表在New Phytologist 期刊上。

 

 

      大豆是重要的粮食作物、油料物资和饲料来源，是新形势下国家粮食安全战略的重要组成部分，而病虫害是制约我国大豆产量和品质的重要因素。大豆症青病近年来在我国连年大面积暴发式发生且为害严重，尤其是在黄淮海地区，造成严重的经济损失，是我国急需解决的重大难题。大豆症青病是指在品种应正常成熟时，植株仍然叶绿、枝青，有荚但荚而不实或者籽粒瘪烂的现象，严重时可造成大面积减产甚至颗粒无收，极大地降低了农民的生产积极性，严重威胁我国大豆产业振兴计划的实施。目前相关研究报道植物病毒侵染（重组双生病毒等）和刺吸式害虫取食（点蜂缘蝽等）与大豆症青的形成密切相关。然而，目前尚不清楚点蜂缘蝽是通过直接取食，还是作为媒介昆虫传播病原体特别是病毒来危害大豆引起症青。

 

      在本研究中，作者通过对黄淮海大豆产区连续多年的田间调研，将大豆症青主要分为两大类型：典型症青和叶片皱缩型症青。典型症青主要表现为植株滞绿、有荚无籽，但株高和叶片外观与正常植株无显著差异。叶片皱缩型症青主要表现为病毒病症状，叶片皱缩、植株滞绿、严重时伴随植株矮化现象。为了进一步解析大豆症青的形成原因，作者分别在室内和黄淮海大豆产区的多个大田开展实验。明确了点蜂缘蝽能够导致大豆症青的发生，主要表现为荚数显著增多、有荚但不鼓粒、植株滞绿、熟期延迟甚至无法成熟。通过设置不同时期和密度梯度实验，系统的阐明了点蜂缘蝽的危害规律，明确大豆始荚期是危害敏感期。此外，结果表明由点蜂缘蝽引起的大豆症青症状与田间的典型症青症状一致。作者通过对点蜂缘蝽及由点蜂缘蝽危害导致的症青植株开展病毒组分析，证实点蜂缘蝽导致大豆症青的发生是通过直接取食造成的，与病原体无关。

 

 

      (a, b) 室内条件下，点蜂缘蝽危害导致大豆植株滞绿；(c-f) 点蜂缘蝽危害导致大豆荚数、瘪荚率显著增加，且严重减产；(g) 田间条件下，点蜂缘蝽危害显著延迟大豆熟期（N1-N3：不同接虫密度，N4-N5：正常的大豆植株）；(h-j) 黄淮海大豆产区多点接虫鉴定航拍图。

 

      为了进一步阐明点蜂缘蝽导致大豆症青形成的分子生物学机制，作者开展了组学分析，结果表明，点蜂缘蝽可导致大豆多个通路的关键基因在转录水平发生显著变化：免疫途径、防御反应、光合作用、激素合成及信号转导、昼夜节律途径等。点蜂缘蝽取食能够显著抑制大豆免疫通路及防御反应相关基因的表达，而光合作用相关基因的表达却被显著提高。值得注意的是，点蜂缘蝽取食大豆后，大豆植株体内的成花素基因 FLOWERING LOCUS T (FT) 被显著抑制，且过表达GmFT2a能够显著减缓由点蜂缘蝽引起的大豆症青症状，如瘪荚率和产量等。进一步的组学分析结果推测，GmFT2a可能是通过介导防御反应和光合作用相关通路从而在点蜂缘蝽引起的大豆症青中发挥重要作用。

 

 

      (a) 过表达GmFT2a减缓点蜂缘蝽取食引起的大豆症青症状；点蜂缘蝽取食后，GmFT2a过表达转基因植株瘪荚率显著低于野生型植株（b，接虫密度：2头/株；c，接虫密度：5头/株）。

 

      综上，该研究对大豆田间复杂的症青症状进行了分类，并系统的阐明了点蜂缘蝽取食对大豆的危害规律。重要的是，明确了点蜂缘蝽导致大豆症青，是通过直接取食，而与其自身携带/传播的病原无关。同时，通过高通量组学分析，揭示了点蜂缘蝽危害大豆产生生理变化的分子机制。研究成果为刺吸式害虫点蜂缘蝽和大豆之间相互作用提供新的科研视角，并为大豆症青精准防控提供理论基础与新思路。

 

      宁波大学魏中艳副研究员、英国詹姆斯哈顿研究所过文彬副研究员、山东省农科院姜珊珊副研究员为论文第一作者，宁波大学陈剑平院士，孙宗涛研究员和中国农科院作物所侯文胜研究员为通讯作者，此外宁波大学燕飞研究员、张传溪教授，山东农科院辛相启研究员，安徽省农科院严丹侃博士，河南农业大学施艳教授等也参与了部分研究工作。该项研究得到了国家科技重大专项、浙江省自然科学基金、宁波市公益项目和宁波大学王宽诚基金的资助。

 

      论文链接：

 

      https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18628

 

      专家点评

 

      王源超（教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家大豆产业技术体系病虫害研究室主任）

 

      大豆症青病近年来在我国大豆产区暴发式发生且为害严重，尤其是在黄淮海地区，造成严重的经济损失，严重威胁我国大豆产业振兴计划的实施，是我国急需解决的农业重大难题。田间生产上，大豆症青发生复杂，缺乏有效防控策略，进一步挫伤了豆农种植大豆的积极性，导致大豆种植面积大幅度萎缩，农业种植业结构进一步失衡，土壤退化和病虫害大规模爆发的风险进一步增大，严重影响我国农业的可持续健康发展。因此，如何科学有效地防治大豆症青病是保障我国大豆产业复兴和可持续健康发展所面临迫切需要解决的问题。

 

      在这项研究中，宁波大学陈剑平院士团队及其合作者经过连续多年的田间实验，对田间生产中的大豆症青类型、以及不同病虫等因素引起的症青症状进行了详细的探讨，阐明了刺吸式害虫点蜂缘蝽是引起大豆症青的重要危害因子。重要的是，此项研究揭示了点蜂缘蝽通过直接取食造成大豆症青的发生，而与自身携带/传播的病毒无关。在此基础上，进一步明确了大豆始荚期是点蜂缘蝽危害的重要时期，对大豆症青精准防控体系的建立具有重大意义。该研究论文的发表，进一步揭开了大豆症青的“神秘面纱”，更为田间生产防控提出了重要的理论科学依据，为促进大豆产业健康发展提供科技支撑。

 

      New Phytologist期刊编辑对于该研究的重要性给予了评价：“The work can be considered important because it demonstrates that the staygreen disease is induced by pest feeding, and not by transmission of a pathogen (such as a virus) by Riptortus pedestris.”此外，审稿人也对该研究给予了肯定：“Evidence on the plant development stage at which feeding by R. pedestris feeding causes severe symptom induction will provide an easy-win solution to growers.”

 

      来源：BioArt植物