研究人員確定了幫幫我的基因來自玉米的香氣
當(dāng)玉米幼苗被毛蟲啃食時(shí),它們會(huì)通過釋放吸引寄生蜂的氣味化合物來保護(hù)自己,這些寄生蜂的幼蟲會(huì)消耗毛蟲 - 但并非所有玉米品種在提供化學(xué)信號(hào)方面都同樣有效。德國馬丁路德大學(xué)Halle-Wittenberg,康奈爾大學(xué)和博伊斯湯普森研究所(BTI)的研究人員使用26種玉米品種來鑒定負(fù)責(zé)發(fā)送“幫助我”的基因。寄生蜂的信號(hào)。他們的研究發(fā)表在植物細(xì)胞中,填補(bǔ)了我們對(duì)產(chǎn)生這些香味化合物的酶的認(rèn)識(shí)的幾個(gè)空白,這些化合物被稱為萜烯。通過育種最有效的萜烯生產(chǎn)基因,育種者可以開發(fā)出能夠更好地抵御毛蟲攻擊的玉米品種。
“這項(xiàng)研究非常好地展示了科學(xué)家之間的合作,從基因組學(xué)到小分子化學(xué)等多種專業(yè)領(lǐng)域的合作,可以為植物防御性新陳代謝帶來新的見解,”該論文的共同作者,BTI教授Georg Jander說。
嫩嫩的玉米幼苗沒有厚的莖和纖維葉來保護(hù)自己,因此毛蟲,包括棉葉蟲,甜菜夜蛾和其他害蟲,可以對(duì)農(nóng)民的田地造成巨大的破壞。幼蟲通過喂食破壞幼苗的葉子后,植物開始合成具有強(qiáng)烈香氣的萜烯混合物。寄生黃蜂學(xué)會(huì)將這些化學(xué)物質(zhì)識(shí)別為啃食幼蟲的氣味,然后下降到毛蟲體內(nèi)產(chǎn)卵。在年輕的黃蜂致命地消耗毛蟲的內(nèi)臟后,它從身體中出現(xiàn)。在田間試驗(yàn)中,玉米植物周圍的萜烯的靶向釋放減少了饑餓的毛蟲的損害。
該論文的第一作者Annett Richter現(xiàn)在是BTI Jander實(shí)驗(yàn)室的博士后科學(xué)家,對(duì)不同種類的玉米進(jìn)行了測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們生產(chǎn)的萜烯含有多種混合物和數(shù)量用于防御。她在馬丁路德大學(xué)的資深作家JörgDegenhardt的博士研究中完成了這項(xiàng)工作。在康奈爾大學(xué)教授和美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究站科學(xué)家Ed Buckler實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家的幫助下,研究人員檢查了26種玉米品種的基因組,尋找與萜烯生產(chǎn)的遺傳聯(lián)系,并將它們映射到染色體上的位置。
使用來自這些染色體區(qū)域的基因,Richter鑒定了三種在萜烯合成途徑中起作用的新酶,以產(chǎn)生芳樟醇,橙花叔醇和其他萜烯。除了可用于玉米防御外,芳樟醇是香水和化妝品中的常見成分,因?yàn)樗哂谢ㄏ?,柑橘香味?/p>
“利用這些信息,我們已經(jīng)進(jìn)行了映射分析,因此我們可以找出哪種基因?qū)τ谀姆N揮發(fā)物很重要,”里希特說。“知道這些基因的定位在哪里很有意思,因?yàn)槟菢幽憔涂梢詫⑦@種基因與不能生產(chǎn)它們的品系交叉。”
現(xiàn)在關(guān)于哪些基因負(fù)責(zé)哪些萜烯的問題,里希特將繼續(xù)研究這些基因是如何被調(diào)節(jié)的。通過更好地了解萜烯生產(chǎn)的遺傳和調(diào)控,研究人員可以利用育種來改善不同品系的這些性狀,從而創(chuàng)造更多抗毛蟲的玉米。
“目的是改善其自然防御的揮發(fā)性信號(hào),現(xiàn)在育種者有機(jī)會(huì)使用這些防御基因。” 里希特說。
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