?西北農林科技大學蠶桑絲綢研究所在實生砧木增強多倍體桑樹耐旱性方面取得科研新進展
近日，學院蠶桑絲綢研究所團隊在《Plant Physiology and Biochemistry》期刊在線發(fā)表了題為“Grafting seedling rootstock strengthens tolerance to drought stress in polyploid mulberry (Morus alba L.)”的研究成果，博士研究生惠甜為論文第一作者，包立軍副研究員為共同第一作者，焦鋒研究員為通訊作者。
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嫁接技術在桑樹栽培中有著悠久的歷史，早在南宋時期，《陳旉農書》中就有記載：“若欲接縛，卽別取好桑直上生條，不用橫垂生者，三四寸長，截如接果子樣接之”。嫁接技術對桑優(yōu)良品種的性狀維持及繁育具有重要意義。在實際生產中，常常使用桑優(yōu)良品種作接穗，不能區(qū)分品種的桑種子萌發(fā)實生苗作為砧木。因此，使用不同倍性的桑接穗嫁接苗，對桑生理變化規(guī)律以及干旱脅迫下的響應有待進一步探索。
該研究調查了同源多倍體嫁接苗和由莖部誘導生根的同源多倍體自根苗的生理指標和分子水平變化，發(fā)現(xiàn)與二倍體自根苗相比，三倍體和四倍體的自根苗植株表現(xiàn)出更強的耐旱性；將二倍體和三倍體接穗嫁接到實生砧木上，嫁接體植株的抗旱性優(yōu)于自根苗植株，主要體現(xiàn)在光合能力、脯氨酸含量和P5CS2基因表達水平的升高等方面。然而，嫁接的四倍體植株并沒有表現(xiàn)出更強的耐旱性。
?該研究加深了不同倍性水平的嫁接桑和自根桑應對干旱脅迫的響應差異認知，為進一步研究砧木與桑樹倍性的最佳嫁接組合及桑樹育苗提供了重要參考。
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圖 桑樹自根苗和嫁接苗在干旱脅迫后的生理和分子指標變化示意圖
該研究得到了國家自然科學基金（32372950）、國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD1000600）、中央高?；究蒲袠I(yè)務專項資金（2452022006）、國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（CARS-18）以及陜西省蠶桑產業(yè)技術體系建設項目（NYKJ-2022-YL(XN)29）資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2024.108441
信息來源：西北農林科技大學蠶桑絲綢研究所
西南大學何寧佳教授團隊揭示家蠶對桑樹蛋白酶抑制子的適應策略
2024年2月20日，西南大學資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室何寧佳教授團隊在中科院1區(qū)TOP期刊Pest Management Science上發(fā)表題為“Postingestive stability of a mulberry Kunitz-type protease inhibitor MnKTI-1 in the digestive lumen of silkworm: Dual inhibition towards α-amylase and serine protease”的研究論文。
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植物蛋白酶抑制子（PI）是植物防御植食性昆蟲的主要手段之一，能夠直接作用于取食昆蟲的消化酶，抑制或延滯植食性昆蟲的食物消化和營養(yǎng)吸收過程，達到抗蟲的目的。然而經過長期的進化，植食性昆蟲已發(fā)展出了應對植物PI的策略。在過去的三十余年中，研究人員解析了兩種植食性昆蟲防御植物PI的機制：一是昆蟲合成對植物PI不敏感的新的消化蛋白酶以規(guī)避攝入的植物PI；二是利用新的蛋白酶或多個蛋白酶的組合以降解植物PI。
歷經長期的協(xié)同進化，家蠶對桑樹的適應已毋庸置疑，然而關于其如何適應以及內在的分子機理，仍所知有限。該研究發(fā)現(xiàn)，家蠶能夠利用因催化三聯(lián)體缺失導致失活的蛋白酶封阻桑樹蛋白酶抑制子，輔助具活性的消化酶完成對食物的消化。
桑樹Kunitz類型的蛋白酶抑制子MnKTI-1能夠迅速而強烈地響應食桑昆蟲家蠶、桑螟、桑尺蠖和葉甲的取食。不僅如此，MnKTI-1能夠抵御家蠶的消化酶的攻擊，并在家蠶的腸腔中穩(wěn)定存在。該研究采用體內和體外方法證明桑樹Kunitz蛋白酶抑制子MnKTI-1能夠與家蠶消化酶結合，并對消化液中的家蠶α-淀粉酶 BmAmy和絲氨酸蛋白酶 BmSP2956具有雙重抑制活性。令人意外的是，因催化三聯(lián)體缺失而失活的絲氨酸蛋白酶 BmSP15920能夠逆轉桑樹MnKTI-1對家蠶淀粉酶BmAmy的抑制作用（圖1）。據(jù)此，該研究通過研究寡食性昆蟲家蠶（silkworm）如何應對其取食植物桑樹（mulberry）中的蛋白酶抑制子，揭示了一種新的植食性昆蟲應對植物PI（蛋白酶抑制子）的策略：昆蟲利用因活性位點突變而失去酶活性的蛋白酶封阻植物中的蛋白酶抑制子。此外，在家蠶消化道中發(fā)現(xiàn)了多個類似BmSP15920的蛋白酶，這提示該作用模式可能是家蠶適應桑樹蛋白酶抑制子的重要策略。
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圖1 家蠶適應桑樹PI：利用因催化三聯(lián)體缺失而失活的蛋白酶封阻桑樹蛋白酶抑制子
西南大學資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室為該論文第一完成單位，梁九波副教授為論文的第一作者，博士研究生盧湖林、碩士研究生郝海葉為論文共同第一作者，碩士研究生張奇、陳鍇瀅參與了該研究；實驗室教師羅義維和袁姜蓮對該研究提供了幫助，何寧佳教授為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目課題（2022YFD1201602）的資助。
文章鏈接：https://pericles.periclesprod.literatumonline.com/doi/full/10.1002/ps.7994
信息來源：西南大學資源昆蟲全國重點實驗室
王成樹研究組揭示家蠶幼蟲獲得桑葉表面細菌而拮抗病原真菌感染的機制
2月26日，Microbiome期刊在線發(fā)表了王成樹研究組題為“From phyllosphere to insect cuticles: silkworms gather antifungal bacteria from mulberry leaves to battle fungal parasite attacks”的研究論文，報道了家蠶幼蟲跨界獲得桑葉表面細菌而輔助拮抗病原真菌體表感染的現(xiàn)象與機理。
同昆蟲腸道微生物組的重要生物學功能類似，昆蟲體表細菌菌群可介導定殖抗性(colonization resistance)而防御病原真菌的感染。植食性昆蟲通過取食獲得植物源的細菌，顯著影響昆蟲腸道菌群的結構和功能。昆蟲在取食和爬行過程中，昆蟲體表可同樣獲得植物葉際或根際細菌，這些細菌對昆蟲體表微生物組的結構和功能影響仍不清楚。另外，不同于相對穩(wěn)定的腸道菌群，昆蟲變態(tài)發(fā)育意味著其體表菌群在蛻皮時會一起“脫落”，而蛻皮后需要重新組裝，相關的實驗證據(jù)仍不充分。
該研究以家蠶幼蟲為對象，通過檢測4齡末期及5齡后不同天數(shù)的幼蟲體表細菌證實，家蠶幼蟲蛻皮可導致體表細菌數(shù)量顯著下降，但在蛻皮后的2-3天內可快速組裝起大量的細菌。體表細菌分離和拮抗昆蟲病原真菌綠僵菌和白僵菌孢子萌發(fā)的實驗發(fā)現(xiàn)，一株松鼠哺乳動物球菌（Mammaliicoccus sciuri）可以在低劑量下完全抑制兩種病原真菌孢子的萌發(fā)，從而提高幼蟲的抗病性。發(fā)酵及抑菌分析表明，該菌分泌的具有幾丁質酶活性的溶菌酶Msp1可水解真菌細胞、導致細胞破裂，從而發(fā)揮重要的抗真菌活性。使用該野生型細菌預處理家蠶5齡幼蟲24小時后，病原真菌感染的感染效率顯著下降，而Msp1基因缺失突變株的保護效率顯著下降。
圖1 家蠶幼蟲蛻皮后快速重新組裝體表微生物組
進一步分離桑葉、家蠶腸道及其糞便細菌表明，松鼠哺乳動物球菌源于桑葉表面，飼喂人工飼料的家蠶幼蟲體表及腸道不帶有該細菌；而4齡前飼喂桑葉、5齡轉換飼喂人工飼料，則該細菌可以與家蠶幼蟲形成持續(xù)的內、外共生關系，說明家蠶在長期進化過程中，具有獲得桑葉來源的細菌而抗病的能力。在人工飼料中添加該細菌，可以抑制由不同曲霉真菌引起的飼料霉變，但不影響家蠶蛹重及繭重，表明該細菌可作為家蠶人工飼養(yǎng)的益生菌。
圖2 松鼠哺乳動物球菌分泌具有幾丁質酶活性的溶菌酶而破壞真菌細胞壁
該研究結果表明，植食性昆蟲通過取食行為獲得植物來源的細菌可被用于“重組”其體表微生物組，從而拮抗病原真菌的感染，研究成果為益蟲有效保護及害蟲高效治理提供了新思路。
圖3 桑葉來源的松鼠哺乳動物球菌對于家蠶幼蟲生長具有益生菌功能
上?？萍即髮W與中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合培養(yǎng)學生趙鵬飛為第一作者，團隊成員洪松、陳海敏和高寒春等參與了研究，王成樹研究員為通訊作者。該項工作得到了基金委創(chuàng)新研究群體及重點項目等資助。感謝公共技術服務中心電鏡平臺的幫助和支持。
文章鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01764-6
信息來源：中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心
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