陳劍平院士團隊及合作者揭開點蜂緣蝽導(dǎo)致大豆癥青的“神秘面紗”！
近日，寧波大學(xué)陳劍平院士團隊及合作者發(fā)現(xiàn)點蜂緣蝽直接取食，而并不是其攜帶/傳播的病毒，導(dǎo)致大豆癥青的發(fā)生，同時揭示大豆FT基因家族成員GmFT2a在點蜂緣蝽引起的大豆癥青中發(fā)揮重要作用。研究成果以“Transcriptional profiling reveals a critical role for GmFT2a in soybean staygreen syndrome caused by the pest Riptortus pedestris”為題在線發(fā)表在New Phytologist 期刊上。
大豆是重要的糧食作物、油料物資和飼料來源，是新形勢下國家糧食安全戰(zhàn)略的重要組成部分，而病蟲害是制約我國大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。大豆癥青病近年來在我國連年大面積暴發(fā)式發(fā)生且為害嚴(yán)重，尤其是在黃淮海地區(qū)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，是我國急需解決的重大難題。大豆癥青病是指在品種應(yīng)正常成熟時，植株仍然葉綠、枝青，有莢但莢而不實或者籽粒癟爛的現(xiàn)象，嚴(yán)重時可造成大面積減產(chǎn)甚至顆粒無收，極大地降低了農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，嚴(yán)重威脅我國大豆產(chǎn)業(yè)振興計劃的實施。目前相關(guān)研究報道植物病毒侵染（重組雙生病毒等）和刺吸式害蟲取食（點蜂緣蝽等）與大豆癥青的形成密切相關(guān)。然而，目前尚不清楚點蜂緣蝽是通過直接取食，還是作為媒介昆蟲傳播病原體特別是病毒來危害大豆引起癥青。
在本研究中，作者通過對黃淮海大豆產(chǎn)區(qū)連續(xù)多年的田間調(diào)研，將大豆癥青主要分為兩大類型：典型癥青和葉片皺縮型癥青。典型癥青主要表現(xiàn)為植株滯綠、有莢無籽，但株高和葉片外觀與正常植株無顯著差異。葉片皺縮型癥青主要表現(xiàn)為病毒病癥狀，葉片皺縮、植株滯綠、嚴(yán)重時伴隨植株矮化現(xiàn)象。為了進(jìn)一步解析大豆癥青的形成原因，作者分別在室內(nèi)和黃淮海大豆產(chǎn)區(qū)的多個大田開展實驗。明確了點蜂緣蝽能夠?qū)е麓蠖拱Y青的發(fā)生，主要表現(xiàn)為莢數(shù)顯著增多、有莢但不鼓粒、植株滯綠、熟期延遲甚至無法成熟。通過設(shè)置不同時期和密度梯度實驗，系統(tǒng)的闡明了點蜂緣蝽的危害規(guī)律，明確大豆始莢期是危害敏感期。此外，結(jié)果表明由點蜂緣蝽引起的大豆癥青癥狀與田間的典型癥青癥狀一致。作者通過對點蜂緣蝽及由點蜂緣蝽危害導(dǎo)致的癥青植株開展病毒組分析，證實點蜂緣蝽導(dǎo)致大豆癥青的發(fā)生是通過直接取食造成的，與病原體無關(guān)。
(a, b) 室內(nèi)條件下，點蜂緣蝽危害導(dǎo)致大豆植株滯綠；(c-f) 點蜂緣蝽危害導(dǎo)致大豆莢數(shù)、癟莢率顯著增加，且嚴(yán)重減產(chǎn)；(g) 田間條件下，點蜂緣蝽危害顯著延遲大豆熟期（N1-N3：不同接蟲密度，N4-N5：正常的大豆植株）；(h-j) 黃淮海大豆產(chǎn)區(qū)多點接蟲鑒定航拍圖。
為了進(jìn)一步闡明點蜂緣蝽導(dǎo)致大豆癥青形成的分子生物學(xué)機制，作者開展了組學(xué)分析，結(jié)果表明，點蜂緣蝽可導(dǎo)致大豆多個通路的關(guān)鍵基因在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生顯著變化：免疫途徑、防御反應(yīng)、光合作用、激素合成及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、晝夜節(jié)律途徑等。點蜂緣蝽取食能夠顯著抑制大豆免疫通路及防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，而光合作用相關(guān)基因的表達(dá)卻被顯著提高。值得注意的是，點蜂緣蝽取食大豆后，大豆植株體內(nèi)的成花素基因 FLOWERING LOCUS T (FT) 被顯著抑制，且過表達(dá)GmFT2a能夠顯著減緩由點蜂緣蝽引起的大豆癥青癥狀，如癟莢率和產(chǎn)量等。進(jìn)一步的組學(xué)分析結(jié)果推測，GmFT2a可能是通過介導(dǎo)防御反應(yīng)和光合作用相關(guān)通路從而在點蜂緣蝽引起的大豆癥青中發(fā)揮重要作用。
(a) 過表達(dá)GmFT2a減緩點蜂緣蝽取食引起的大豆癥青癥狀；點蜂緣蝽取食后，GmFT2a過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株癟莢率顯著低于野生型植株（b，接蟲密度：2頭/株；c，接蟲密度：5頭/株）。
綜上，該研究對大豆田間復(fù)雜的癥青癥狀進(jìn)行了分類，并系統(tǒng)的闡明了點蜂緣蝽取食對大豆的危害規(guī)律。重要的是，明確了點蜂緣蝽導(dǎo)致大豆癥青，是通過直接取食，而與其自身攜帶/傳播的病原無關(guān)。同時，通過高通量組學(xué)分析，揭示了點蜂緣蝽危害大豆產(chǎn)生生理變化的分子機制。研究成果為刺吸式害蟲點蜂緣蝽和大豆之間相互作用提供新的科研視角，并為大豆癥青精準(zhǔn)防控提供理論基礎(chǔ)與新思路。
寧波大學(xué)魏中艷副研究員、英國詹姆斯哈頓研究所過文彬副研究員、山東省農(nóng)科院姜珊珊副研究員為論文第一作者，寧波大學(xué)陳劍平院士，孫宗濤研究員和中國農(nóng)科院作物所侯文勝研究員為通訊作者，此外寧波大學(xué)燕飛研究員、張傳溪教授，山東農(nóng)科院辛相啟研究員，安徽省農(nóng)科院嚴(yán)丹侃博士，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)施艷教授等也參與了部分研究工作。該項研究得到了國家科技重大專項、浙江省自然科學(xué)基金、寧波市公益項目和寧波大學(xué)王寬誠基金的資助。
論文鏈接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18628
專家點評
王源超（教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者、國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系病蟲害研究室主任）
大豆癥青病近年來在我國大豆產(chǎn)區(qū)暴發(fā)式發(fā)生且為害嚴(yán)重，尤其是在黃淮海地區(qū)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重威脅我國大豆產(chǎn)業(yè)振興計劃的實施，是我國急需解決的農(nóng)業(yè)重大難題。田間生產(chǎn)上，大豆癥青發(fā)生復(fù)雜，缺乏有效防控策略，進(jìn)一步挫傷了豆農(nóng)種植大豆的積極性，導(dǎo)致大豆種植面積大幅度萎縮，農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步失衡，土壤退化和病蟲害大規(guī)模爆發(fā)的風(fēng)險進(jìn)一步增大，嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。因此，如何科學(xué)有效地防治大豆癥青病是保障我國大豆產(chǎn)業(yè)復(fù)興和可持續(xù)健康發(fā)展所面臨迫切需要解決的問題。
在這項研究中，寧波大學(xué)陳劍平院士團隊及其合作者經(jīng)過連續(xù)多年的田間實驗，對田間生產(chǎn)中的大豆癥青類型、以及不同病蟲等因素引起的癥青癥狀進(jìn)行了詳細(xì)的探討，闡明了刺吸式害蟲點蜂緣蝽是引起大豆癥青的重要危害因子。重要的是，此項研究揭示了點蜂緣蝽通過直接取食造成大豆癥青的發(fā)生，而與自身攜帶/傳播的病毒無關(guān)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確了大豆始莢期是點蜂緣蝽危害的重要時期，對大豆癥青精準(zhǔn)防控體系的建立具有重大意義。該研究論文的發(fā)表，進(jìn)一步揭開了大豆癥青的“神秘面紗”，更為田間生產(chǎn)防控提出了重要的理論科學(xué)依據(jù)，為促進(jìn)大豆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供科技支撐。
New Phytologist期刊編輯對于該研究的重要性給予了評價：“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，審稿人也對該研究給予了肯定：“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.”
來源：BioArt植物
