近日，中国科学院华南植物园的侯兴亮以封面故事在Nature Plants 发表了题为 “ Natural allelic variation confers high resistance to sweet potato weevils in sweet potato”的论文，在甘薯抗虫遗传基础解析方面取得重要突破。
图片目前尚无甘薯小象甲的有效抗性资源，主要采取大量施用农药等化学防治，不但增加生产成本，还导致环境污染与食品安全等问题。因此，发掘甘薯自身的抗虫基因资源，开展抗性分子机制研究，促进抗虫技术开发和抗性品种选育，是解决甘薯小象甲虫害最为经济环保且可持续的发展方向，也是当前甘薯产业发展的迫切需求。
该研究历经三年田间筛选，获得了两份珍贵的甘薯小象甲高抗种质。之后，他们利用抗感种质构建F1遗传群体，同时克服了控制条件下抗虫表型难检测、不稳定的困难，建立了稳定的甘薯小象甲抗虫可控评价体系，最终成功定位并克隆了两个甘薯小象甲抗性关键基因SPWR1（Sweet Potato Weevil Resistance 1）和SPWR2。
值得注意的是，研究者们还克服了甘薯遗传转化操作难、转化率低、周期长的问题，利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌农杆菌定向注射手段，开发了一种高效稳定的新型甘薯遗传转化方法。
随后，大量的甘薯遗传材料证明了SPWR1和SPWR2均正向调控甘薯小象甲抗性；多种生理生化实验表明甘薯小象甲侵害可诱导SPWR1编码的WRKY转录因子特异结合抗性等位基因SPWR2启动子的W-box元件，从而激活后者的基因表达；而SPWR2编码的蛋白是甘薯奎尼酸合成途径的关键酶，其进一步启动了下游奎尼酸衍生物的生物合成，以此抵御甘薯小象甲侵害。进一步的昆虫理化实验也证明携带有1-羟基-奎尼酸基团的衍生化合物均表现出对甘薯小象甲肠道消化酶和活动的抑制活性。
目前农业上尚无小象甲甘薯抗性品种培育，此项研究创制的种质在显著提高抗性的同时并未降低品种原有产量和品质，填补了国际上甘薯小象甲抗性种质开发利用的空白。值得一提的是，奎尼酸及其衍生物在甘薯的内源浓度下不具有对人体的药理毒性，且在自然环境中不易残留，含有高水平奎尼酸的天然抗虫变异品种抗虫性强大，这向我们展示了一种有潜力的、兼具环境友好型和资源节约型的农业抗虫方案。
总之，该研究不仅首次克隆了甘薯天敌害虫的天然抗性基因，还揭示了其下游天然抗虫物质的调控机理，为甘薯小象甲田间防治手段提供了新方向和新思路，对推进高产优质多抗的甘薯分子育种，促进特色高值生态农业关键技术研发和成果转化，带动甘薯产业的良性发展和农民增产增收，具有重要意义。
上述成果以封面故事发表在国际权威植物学期刊Nature Plants 上，研究得到了国家自然科学基金-广东省联合基金（U1701234）和广东省特支计划（2019TQ05N140）等项目支持。中国科学院华南植物园的刘旭副研究员为论文的第一作者，中国科学院华南植物园的王亚如硕士、梅果果硕士生、廖茵茵博士及广东海洋大学朱宏波副教授为论文的共同第一作者，中国科学院华南植物园的侯兴亮研究员为论文的通讯作者。
来源｜iPlants
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