辣椒与蚜虫互作，活性氧代谢起重要作用

来源：BioArt植物

辣椒（Capsicum spp.）属茄科辣椒属，是被广泛种植的最重要园艺作物之一，然而辣椒栽培却被蚜虫（Myzus persicae）及其传播的病毒所阻碍。蚜虫属半翅目（Hemiptera）昆虫，既能对作物造成直接损害（如叶片萎黄，萎蔫，坏死以及脱叶等），也能通过传播病毒造成间接损害，并且只要条件适宜便能通过无性繁殖快速进行种群扩张，难以控制。目前，化学防治仍是蚜虫的主要管理策略，但关于化学农药对环境产生的潜在负面影响的忧虑正日渐增长，而培育抗蚜虫作物品种作为一种综合害虫管理策略（Integrated Pest Management）备受推崇。尽管抗性品种的培育是一种行之有效的控蚜策略，但是新的蚜虫抗性生物型的进化出现严重威胁了作物抗性的耐久性。因此，理解蚜虫与其寄主作物间的相互作用或许能帮助作物抗性品系在农业应用上保持其耐久性。 

2020年1月，Horticulture Research 在线发表了题为 The ability to manipulate ROS metabolism in pepper may affect aphid virulence 的研究论文，荷兰瓦赫宁根大学植物育种系为通讯单位，Mengjing Sun博士为该论文第一作者，Ben Vosman教授为通讯作者。该研究首次在全基因组基因表达水平探究了辣椒-蚜虫相互作用，揭示了辣椒品系PB2013071在被两个桃蚜种群（敏感种群NL和抗性种群SW）侵染后的一系列差异表达基因（Differential Expressed Genes, DEGs），并验证了蚜虫能克服辣椒品系PB2013071抗性的原因很可能是因其具有对植物防御，尤其是活性氧（ROS）代谢的操控能力。

Fig. 1: Differentially expressed genes (DEGs) identified in response to two M. persicae populations.

该研究发现辣椒品系PB2013071对桃蚜NL种群具有抗性，但是对桃蚜SW种群易感，通过对被NL种群、SW种群侵染后的辣椒品系PB2013071以及对照处理组进行转录组测序分析，平均每个样本得到了7.7GB（6.7-9.2GB）的净数据。结果分析显示，在NL处理组与对照组间、SW处理组与对照组间以及NL处理组与SW处理组间DEGs的数量分别为168, 431和690个。与对照组相比，在两种蚜虫取食后的辣椒品系PB2013071中，有15个共同基因表达上调、48个共同基因表达下调，而在所有与蚜虫取食相关的DEGs中，大部分都是以一种蚜虫种群特定的方式被调节，有105个基因仅在NL处理组特定差异表达，368个基因仅在SW处理组特定差异表达。

Fig. 2: ROS accumulation in leaves of pepper accession PB2013071 in response to M. persicae populations NL and SW.

该课题组在先前的研究中发现在辣椒品系PB2013071上，NL种群的蚜虫能诱导强烈的活性氧聚集而SW种群的蚜虫则只能诱导微弱的活性氧反应，活性氧在植物对抗生物胁迫的防御反应中十分重要。因此，本研究进一步分析了与活性氧相关的DEGs，但在所有与活性氧代谢相关DEGs中，只有Peroxidase 12在NL处理组表达上调同时在SW处理组表达下调。有趣的是，该研究还发现，SW种群蚜虫不仅能够抑制辣椒品系PB2013071上的活性氧聚集，同时还能有效消除辣椒上因NL种群蚜虫诱导产生的活性氧。在经过NL种群预处理的辣椒上，SW的生存表现并未受到影响，但是在SW预处理过的辣椒上，NL种群却有着更高的存活率以及更多的后代。

来源：园艺研究。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-019-0231-6