玉米抗蟲“剎車基因”被發現

為了抵御害蟲，植物進化出產生多種特化代謝物的能力，或讓昆蟲厭食，或直接產生毒性，成為植物生存策略中精巧而關鍵的一環。

苯并惡嗪酮類化合物（BZX）即為玉米中最豐富的防御性代謝物。盡管其生物合成途徑已被廣泛研究，但其調控機制尚不明確。

近日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）研究員周紹群課題組在《新植物學家》（New Phytologist）上發表題研究論文，首次解析了抗蟲“剎車基因”通過調控苯并惡嗪酮生物合成基因的表達，從而抑制抗蟲防御代謝的分子機制，該研究為作物抗蟲遺傳改良提供了新靶點。

玉米中BZX的生物合成已明確涉及14種BX酶，它們將初始底物吲哚-3-甘油磷酸轉化為20余種結構多樣的BZX衍生物。研究團隊早在2019年就通過全基因組關聯分析發現，ZmPP2C45基因與BZX含量顯著相關。它編碼的蛋白屬于PP2C磷酸酶家族，這類蛋白廣泛參與植物的應激響應，但此前從未被發現與特異化代謝或抗蟲相關。

為了驗證其功能，該團隊構建了Zmpp2c45基因敲除突變體，并同步生成了過表達株系。研究發現，基因敲除突變體中的BZX含量大幅上升超過3倍，棉鈴蟲和草地貪夜蛾的生長顯著受抑制；而過表達株系卻無明顯變化。

這說明ZmPP2C45確實是一個“剎車基因”，但它的作用存在閾值——一旦存在就足以抑制BZX合成，再增多也不加劇抑制效果。

該研究揭示了玉米生化防御的新調控通路，為通過遺傳手段增強玉米抗蟲性提供了潛在靶點。

研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、廣東省重點領域研發計劃等項目的支持。

相關論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70485