Plant Physiology | 云南大學陳小蘭課題組揭示bHLH090調控黑芥子酶異形胞發育和黑芥子酶形成促進抗蟲的機制

近日，云南大學生命科學學院陳小蘭教授課題組、云南生物資源保護與利用國家重點實驗室王后平研究組與昆明學院周麗娟合作在中科院一區Top雜志Plant Physiology在線發表了題為bHLH090 promotes insect resistance by positively regulating myrosin idioblast development and myrosinase biosynthesis的研究論文，揭示擬南芥轉錄因子 bHLH090通過調控黑芥子酶異細胞發育與黑芥子酶生物合成，增強抗蟲性的分子機制。闡明 “FAMA–bHLH090–TGG1” 調控模塊的功能，為十字花科作物抗蟲育種提供重要理論依據與分子靶點。

“芥子油苷-黑芥子酶” （glucosinolate–myrosinase）防御系統在十字花科植物抵御昆蟲侵害中發揮關鍵作用。該系統中，底物芥子油苷和其水解酶分別定位于不同的細胞類型，其中黑芥子酶在黑芥子酶異形胞（Myrosin Idioblast, MIs）中合成并大量積累。當昆蟲取食破環細胞結構時，原本空間隔離的黑芥子酶與芥子油苷發生接觸，啟動水解反應并釋放有毒物質，從而發揮防御功能。

該研究證實，轉錄因子 bHLH090在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中正向調控MIs的發育及黑芥子酶生物合成。bHLH090 特異性表達于葉片、莖和萼片的 MIs 中。bhlh090突變體中，真葉內發育成熟的 MIs 數量減少，黑芥子酶生物合成基因硫代葡萄糖苷水解酶 1（TGG1）的表達量及黑芥子酶活性均顯著降低。相反，bHLH090 過表達轉基因植株中，TGG1 表達量及黑芥子酶活性均提高。進一步表型分析顯示，bhlh090 突變體植株對甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）的敏感性增強，而 bHLH090 過表達植株則表現出更強的抗蟲性。

機制研究表明，bHLH090 在MIs 中的表達依賴于該類型細胞發育的核心調控因子 FAMA——在fama-1 功能缺失突變體中，bHLH090表達完全缺失。FAMA 可直接結合 bHLH090 啟動子區域并促進其表達。此外，bHLH090 還通過與 FAMA互作，增強 FAMA 激活 TGG1 的能力。

綜上，該研究系統揭示了 bHLH090 在調控MIs 發育與抗蟲防御中的核心功能，為油菜、甘藍、白菜等十字花科作物的抗蟲性狀精準改良提供了明確分子靶標。通過基因編輯或轉基因技術調控bHLH090及其相關通路，有望培育出高抗蟲性作物品種，從而減少化學農藥依賴，助力綠色農業的可持續發展。

圖1、FAMA-bHLH090-TGG1模塊介導的抗蟲機制模型

云南大學生命科學學院陳小蘭教授和王后平副研究員為共同通訊作者，陳小蘭課題組已出站博士后周麗娟（現為昆明學院正高級工程師），碩士研究生朱玲燕、劉利梅和王后平研究員課題組劉思遠為該論文共同第一作者，碩士研究生王文斌、張紫靜共同參與本研究并做出了重要貢獻。該研究工作得到了國家自然科學基金和云南省基礎研究計劃等多項經費的支持。

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf529