中國科學院華南植物園在甘薯抗蟲遺傳基礎解析方面取得重要突破

中國科學院華南植物園植物發育與品質調控研究團隊與廣東海洋大學研究人員合作，歷經3年田間篩選，獲得了2份甘薯小象甲高抗種質。之后，利用抗感種質構建F1遺傳群體，建立了穩定的甘薯小象甲抗性可控評價體系，最終成功定位并克隆了2個甘薯小象甲抗性關鍵基因SPWR1（Sweet Potato Weevil Resistance 1）和SPWR2。研究還利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌農桿菌（非發根農桿菌）定向注射手段，開發了一種高效穩定的新型甘薯遺傳轉化方法。隨后，證明了SPWR1和SPWR2均正向調控甘薯小象甲抗性甘薯小象甲侵害可誘導SPWR1編碼的WRKY轉錄因子特異結合抗性等位基因SPWR2啟動子的W-box元件，從而激活后者的基因表達；而SPWR2編碼的蛋白是甘薯奎尼酸合成途徑的關鍵酶，其進一步啟動了下游奎尼酸衍生物的生物合成，以此抵御甘薯小象甲侵害。進一步的昆蟲理化試驗也證明，攜帶有1-羥基-奎尼酸基團的衍生化合物均表現出對甘薯小象甲腸道消化酶的抑制活性。該研究創制的種質在顯著提高抗性的同時并未降低品種原有產量和品質，填補了國際上甘薯小象甲抗性種質開發利用的空白。且奎尼酸及其衍生物在甘薯的內源濃度下不具有對人體的藥理毒性，且在自然環境中不易殘留，含有高水平奎尼酸的天然抗蟲變異品種抗蟲性強大，展示出一種有潛力的、兼具環境友好型和資源節約型的農業抗蟲方案。相關成果于2022年11月發表在國際權威植物學期刊《Nature Plants》上。