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扬州大学园艺园林学院青年教师以第一作者身份在一区Top期刊上发表文章

花匠小妙招
2024-11-02 00:35

近日，Horticulture Research在线发表了扬州大学园艺园林学院黄瓜遗传育种与分子生物学创新团队题为“ Enhancing Aphid Resistance in Horticultural Crops: A Breeding Prospective ”（园艺作物抗蚜育种展望）的综述文章。该文章在概述非模式作物与蚜虫互作机制最新研究的基础上，提出了未来提高植物抗蚜育种的三个潜在研究途径，包括1.利用野生和半野生种质，通过重新驯化打破种间障碍，提高蚜虫抗性；2.通过解析蚜虫诱导抗性机制来优化基于表观遗传的抗性育种；3.利用分子设计育种、基因组数据和基因编辑等方法来选育兼具抗虫和高产性状的作物新品种。该综述为园艺作物抗蚜育种研究提供了理论基础，突显了园艺作物在抗蚜研究领域的新前景。

随着全球农业环境的不断恶化，农作物安全生产问题日益突显。大量害虫威胁农作物生产，其中蚜虫是导致农作物产量损失的重要害虫之一。以往防治蚜虫多是以农药为主，缺乏抗蚜的种质资源和育种研究。为应对这一挑战，研究人员在鉴定抗蚜机制的基础上，结合分子生物学和基因组学进行抗蚜品种的选育。文章系统总结了植物抗蚜的三种机制：趋避性、耐受性和抗生性方面的最新研究进展。趋避性是通过植物叶片的物理结构和释放挥发性化合物阻碍蚜虫的生命活动，耐受性主要是植物遭受蚜虫侵害时引发免疫防御反应影响蚜虫进食，抗生性是指植物遭受蚜虫攻击时会产生一些毒害蚜虫的物质（图1）。随着对蚜虫传毒影响植物生长发育的研究发现，三者之间存在相互作用机制。蚜虫通过刺吸带毒的植物叶片，将毒素带入植株体内，当它侵染健康植物时会使植物感染病毒。这种植物-蚜虫-病毒的作用方式会破坏植物的防御反应，不同类型的病毒作用方式不同，对植物和蚜虫产生的影响也各异。（图2）。

图1 植物对蚜虫趋避性、耐受性、抗生性三种防御机制

图2 蚜虫、病毒和植物之间的相互作用机制

目前基因组研究已经普及，并且发现了许多优秀性状的遗传基础。‌在栽培作物中，通过杂交和从头驯化的方式引入野生和半野生资源的抗蚜性状同时保留栽培作物的有利特征，创制出兼具抗蚜与和高产性状的园艺作物新品种（图3）。近年来，表观遗传学研究揭示了基因与环境的互作关系，在提高作物产量和抗逆方面发挥了重要作用。该文章阐述了植物诱导抗性在抗蚜育种中的应用，植物在遭受胁迫时会产生抗性反应，这种抗性反应会通过表观遗传的方式使后代获得与亲代同样的抗性，有些甚至会超越亲代表现出更强的适应性。最后文章讨论了利用分子育种手段创制抗蚜品种的可能性即利用群体遗传分析、多组学技术和基因编辑技术在常规品种中引入抗蚜基因并经过选育来创制作物抗蚜新品种。

图3 园艺作物的de novo驯化过程

扬州大学园艺园林学院青年教师张丽丽博士为论文的第一作者，杨晓东教授为论文的通讯作者。团队负责人陈学好教授和扬州大学植物保护学院刘芳教授为论文写作提供了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金生物育种育种青年专项（ 32341043, 32302534）、江苏省种业振兴工程“JBGS”项目（JBGS [2021] 018）和江苏省自然科学基金（BK20230574）的资助。

来源：扬州大学