玉米EIN3转录因子调控对玉米螟抗性机理研究
批准号:
31772179
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
齐金峰
依托单位:
学科分类:
作物免疫与抗性
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李京、刘晖、谭清、张翠萍、李莎兰
中文摘要
玉米是重要的粮食作物,丁布类物质是玉米中的广谱抗虫化合物,而玉米如何调控丁布的合成以应对虫害胁迫尚缺乏深入研究。我们发现乙烯途径受阻转基因玉米(ETR1)增强了对玉米螟的抗性,且玉米螟诱导的丁布含量在ETR1玉米中高于野生型。通过基因表达、进化分析及原生质体转化技术,我们初步确定了乙烯信号途径核心转录因子EIN3,发现其负调控丁布的合成。我们拟使用酵母双杂交、ChIP-seq结合RNA-seq技术,获得EIN3调控的蛋白及基因网络,并通过免疫共沉淀技术及启动子激活GUS活性分析,解析EIN3调控丁布合成的生化机理。此外,我们将制备EIN3过表达和基因沉默的转基因玉米,与野生型玉米比较分析:1)丁布含量及挥发物释放的变化,2)对玉米螟抗性,3)田间和实验室条件下对玉米螟赤眼蜂的吸引力,进而从生化分子机理和化学生态学层面上剖析乙烯信号途径中转录因子EIN3如何调控玉米对玉米螟的直接和间接抗性。
英文摘要
Maize is an important grain crop and benzoxazinoids (Bxs) are the most important chemicals defensing against a broad range of herbivores in maize. Yet, little is known how maize regulates Bxs biosynthesis against herbivores. We created transgenic maize lines which are insensitive to ethylene (ETR1) and these plants showed increased defense against Ostrinia furnacalis, and Bxs induced by O. furnacalis is higher in the ETR1 lines than that in wild-type plants. By phylogenetic and expression analysis and protoplast transformation, we identified the candidate EIN3 gene in maize, which is the key regulator in ethylene signaling, and we found that it negatively regulates Bxs biosynthesis. In this project, we aim to identify proteins and genes regulated by EIN3 via yeast two-hybrid and chromatin-immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) methods. How the above-mentioned proteins and genes regulate Bxs will be investigated by Co-immunoprecipitation assays and promoter-GUS activity assays, respectively. We will further overexpress and down-regulate EIN3 in maize. Using wild-type and these transgenic maize, Bxs biosynthesis and volatile release and the performance of O. furnacalis will be determined, and the behavior of Trichogramma ostriniae in the lab and field condition will be analyzed. Taken together, this work will provide knowledge on the biochemical molecular mechanisms and chemical ecology of how EIN3 and ethylene signaling regulate direct and indirect defense response of maize against O. furnacalis.
通过CRISPR-Cas9技术,敲除了EIN3两个同源基因,获得了突变体植株,其对乙烯诱导的三重反应不敏感。ein3突变体在本底水平,负调控丁布主要合成酶的表达和丁布类化合物积累,和对玉米螟的抗性。通过ein3突变体的转录组筛选,原生质验证,我们发现EIN3正向调控转录因子ERF87,而ERF87负调控丁布主要合成酶的表达和丁布类化合物的积累。我们还发现在原生质体中,EIN3在调控主要丁布合成酶BX10的活性时,和茉莉酸信号途径核心转录因子MYC2有协同作用,且通过酵母双杂和双分子荧光发现EIN3和MYC2存在直接蛋白互作。以突变体为材料,发现EIN3也调控吲哚上游合成基因IGPS1的表达。通过ChiP-PCR发现EIN3可以直接结合IGPS1启动子区域,调控其基因表达,进而介导对丁布的正向调控。以ein3突变体为材料,发现ein3在诱导后正向调控EREB58、TPS10等基因,与之对应的是,ein3突变体玉米受虫害诱导后的重要萜类挥发物,如芳樟醇、DMNT的释放量较野生型下降,同时也降低了对天敌寄生蜂的吸引。.我们还发现玉米中的ZmMPK6通过正调控乙烯的合成,负调控主要丁布的合成,进而负调控玉米的诱导抗虫性。综上,玉米乙烯信号调控的诱导抗虫性,在本底水平或者较低乙烯浓度下,通过上游的ZmMPK6和EIN3调控的下游转录因子ERF87负调控丁布的合成积累,而在高浓度乙烯或者虫害诱导后,则通过和MYC2转录因子及吲哚上游关键基因IGPS互作,正向调控丁布的积累和对害虫的抗性反应,表现出浓度依赖型的调控模式。本研究丰富了乙烯信号途径调控的诱导抗虫分子机理。我们还参与研究了我国主栽商品化玉米在田间对玉米螟的间接诱导抗性,发现其在田间表现出较好的直接和间接诱导抗虫性,为玉米分子育种,提供理论支撑。
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The oriental armyworm (Mythimna separata) feeding induces systemic defence responses within and between maize leaves
东方粘虫(Mythimna separata)的摄食会诱导玉米叶内和叶间的系统防御反应
DOI:
10.1098/rstb.2018.0307
发表时间:
2019
期刊:
Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences
影响因子:
6.3
作者:
[Malook Saif ul, Qi Jinfeng, Hettenhausen Christian, Xu Yuxing, Zhang Cuiping, Zhang Jingxiong, Lu Chengkai, Li Jing, Wang Lei, Wu Jianqiang]
通讯作者:
Wu Jianqiang
DOI:
--
发表时间:
2019
期刊:
玉米科学
影响因子:
--
作者:
[刘树楠, 申国境, 李京, 张翠萍, Saif UL Mallook, 吴建强, 王蕾, 宋伟, 王燚, 赵久然, 唐国文, 齐金峰]
通讯作者:
齐金峰
ZmMPK6 and ethylene signalling negatively regulate the accumulation of anti-insect metabolites DIMBOA and DIMBOA-Glc in maize inbred line A188
ZmMPK6 和乙烯信号传导负向调节玉米自交系 A188 中抗昆虫代谢物 DIMBOA 和 DIMBOA-Glc 的积累。
DOI:
10.1111/nph.16974
发表时间:
2020
期刊:
NEW PHYTOLOGIST
影响因子:
9.4
作者:
[Zhang Cuiping, Li Jing, Li Sen, Ma Canrong, Liu Hui, Wang Lei, Qi Jinfeng, Wu Jianqiang]
通讯作者:
Wu Jianqiang
DOI:
10.1093/jxb/erab083
发表时间:
2021-05-04
期刊:
Journal of experimental botany
影响因子:
6.9
作者:
[Malook SU, Xu Y, Qi J, Li J, Wang L, Wu J]
通讯作者:
Wu J
Ultraviolet-B enhances the resistance of multiple plant species to lepidopteran insect herbivory through the jasmonic acid pathway.
UV-B通过茉莉酸途径增强多种植物对鳞翅目昆虫草食性的抵抗力
DOI:
10.1038/s41598-017-18600-7
发表时间:
2018-01-10
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Qi J, Zhang M, Lu C, Hettenhausen C, Tan Q, Cao G, Zhu X, Wu G, Wu J]
通讯作者:
Wu J
共 6 条
转录因子ERF87整合茉莉酸和乙烯途径调控玉米抗草地贪夜蛾机理解析
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批准号:32572845
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项目类别:面上项目
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资助金额:51.00万元
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批准年份:2025
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负责人:齐金峰
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依托单位:
紫外线对水稻抗虫能力的影响及其分子机理的研究
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批准号:31401755
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:齐金峰
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依托单位:
国内基金
海外基金