近期，Insects杂志（JCR Q1区，中科院分级二区）在线发表了我系路慧教师题为“Integrated Omics Analysis Reveals Key Pathways in Cotton Defense against Mirid Bug (Adelphocoris suturalis Jakovlev) Feeding”的研究论文，该研究揭示了α-亚麻酸代谢途径在棉花的抗虫防御反应机制中的重要作用，为植物抗虫育种提供了新思路和重要基因资源。
路老师通过对中黑盲蝽危害后棉花叶片代谢组分析，鉴定出11类，共496个差异代谢物，代谢物中萜类、生物碱、苯丙素类、黄酮和异黄酮其衍生物这四类含量显著上升、 说明中黑盲蝽取食诱导了棉花次生代谢反应。
对差异代谢物进行KEGG功能注释及功能分析显示，496个差异代谢物共注释到 65 条 KEGG 代谢通路中，并对其中两个重要的代谢通路进一步分析发现α-亚麻酸代谢途径（14上调，2下调），果糖和甘露糖代谢途径（6上调，8下调）。说明中黑盲蝽取食后，棉花体内多种具有潜在杀虫活性的代谢物含量显著上升，表现出防御反应。
棉花蛋白质组鉴定到的差异蛋白质进行KEGG通路富集分析表明，差异蛋白共富集到35个代谢通路中，其中包括α-亚麻酸(ALA)代谢途径和果糖和甘露糖代谢途径。
进一步联合分析代谢组和蛋白质组，发现α-亚麻酸代谢途径中17个蛋白酶表达量显著增加，仅有2个蛋白酶表达量降低，与该途径中14个代谢物含量显著增加对应；果糖和甘露糖生物合成途径中的19个蛋白酶表达量下调，仅有7个蛋白酶表现上调，与该通路中8个代谢物下调相对应。
为了探究α-亚麻酸代谢途径在棉花抗虫防御中的反应，团队又进一步研究了该代谢途径中重要的蛋白酶基因在棉花中的表达量情况，研究发现，调控α-亚麻酸代谢途径的丙二烯氧化合酶基因（AOS）、磷脂酶A基因（PLA）、乙醇脱氢酶基因（ADH）、烯氧化环化酶基因（AOC）、12-氧苯二甲酸还原酶基因（OPR）的表达量可显著响应中黑盲蝽取食。
路老师认为，棉花的抗中黑盲蝽防御反应是一个复杂的过程，包括棉花次生代谢物含量的上升，如萜烯、生物碱、苯丙素和黄酮类化合物，还有营养物质含量的降低，如果糖和甘露糖生物合成途径的代谢物和蛋白质，以及关键途径中代谢物和蛋白质的上调，如ALA代谢途径的代谢物和蛋白质。团队重点阐明了中黑盲蝽诱导棉花产生抗性的代谢通路，即ALA代谢通路，该代谢通路中大多数蛋白酶上调，导致茉莉酸（JA）水平升高。作者认为ALA代谢途径对棉花的防御反应有重要作用，其中AOS、AOC、PLA和OPR3等蛋白酶被认为是棉花抗性的关键调节因子，本研究结果为筛选抗虫代谢物、蛋白质及抗虫基提供了理论依据，为害虫生物防治提供了新的参考思路。
本文第一作者为河套学院农学系专任教师路慧，其为华中农业大学和中国农业科学院联合培养博士，该工作得到了国家科技攻关重大专项（(2023ZD04062）、河套学院科研基金（(HYZY202004）等基金的支持。
链接： https://doi.org/10.3390/insects15040254
