徐漢虹團隊首次報道作物中殺蟲劑轉運蛋白基因

審核發布:宣傳部 曾子焉 來源單位及審核人:植物保護學院 金豐良 發布時間:2022-06-13瀏覽次數:10

  病蟲害大都在農作物的特定部位為害,如果施用的農藥能夠精準積累分布在病蟲害為害部位,則可以顯著提高農藥利用率,實現智慧、精準、輕簡、和諧的植物保護。充分挖掘和調控作物轉運農藥的基因,創製以農藥利用率為種質特征的作物新品種,實現種業與植保相結合的顛覆性技術突破,是安全、輕簡農業生產的迫切需求。

  褐飛虱是為害水稻的主要害蟲之一,主要取食水稻韌皮部汁液。新煙堿類農藥噻蟲嗪作為種衣劑被廣泛運用於水稻褐飛虱等害蟲的防治。鑒定水稻中噻蟲嗪的轉運蛋白基因功能,調控藥劑向害蟲取食部位積累,提高噻蟲嗪的有效利用率,對於實現稻田農藥減量增效具有重要的意義。

  近日,我校亞熱帶農業生物資源與利用國家重點實驗室、天然農藥與化學生物學教育部重點實驗室徐漢虹與林菲課題組在Plant Biotechnology Journal雜誌上發表題為“An amino acid transporter-like protein (OsATL15) facilitates the systematic distribution of thiamethoxam in rice for controlling the brown planthopper”的研究論文,該研究克隆了噻蟲嗪高效利用吸收轉運蛋白基因OsATL15,並對其潛在的分子機製和應用價值進行了初步探究。該成果開創性地從農藥與作物互作的角度提高農藥對靶傳遞效率,為以農藥高效利用為目標性狀的水稻分子設計育種提供了重要的研究思路和基因資源。

  該研究利用富集表達水稻轉運蛋白基因的酵母文庫篩選出了水稻噻蟲嗪轉運蛋白基因OsATL15。過表達OsATL15明顯增強了水稻對噻蟲嗪的吸收。作者利用啟動子gdcsP構建韌皮部特異表達OsATL15的水稻植株,通過融合GUS標簽以及組織化學檢測發現,gdcsPpro::OsATL15-GUS在根的木質部、韌皮部、中柱鞘和內皮層以及莖和葉的維管束中表達(圖1a)。利用激光顯微切割技術對不同基因型OsATL15植株的維管束組織進行切割分離以及噻蟲嗪含量檢測,數據表明gdcsPro::OsATL15植株微管束積累的噻蟲嗪含量最高(圖1b和1c),這正是褐飛虱等刺吸式口器害蟲取食的部位。

圖1:維管束特異表達OsATL15基因增加了水稻木質部汁液噻蟲嗪含量

  作者模擬根部施藥場景探究噻蟲嗪施用於不同OsATL15基因型水稻植株對褐飛虱防治效果。結果表明,根部施用30 μM噻蟲嗪後,相對野生型株係,其在OsATL15過表達和gdcsPro::OsATL15植株上的防效顯著提高,驗證了農藥在病蟲害為害部位特定分布積累,從而提高對害蟲防治效果的設想。

圖2:噻蟲嗪施用於不同OsATL15基因型株係對稻飛虱防效比較

  我校植物保護學院農藥學係博士研究生肖鈺豔和已畢業碩士生張漢林為共同第一作者,林菲副研究員與徐漢虹教授為本文共同通訊作者,日本島根大學Takashi Akihiro教授參與了此項研究,我校儲成才團隊提供了微管束特異性啟動子gdcsP。本研究得到了國家重點研發計劃(2018YFD0200300)和國家自然科學基金(32072451)等項目的資助。(文圖/植物保護學院)

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