黄花蒿EβF合成酶基因功能解析及转基因抗蚜小麦新种质创制

蚜虫是危害小麦生产的主要害虫之一。目前我国小麦品种中抗蚜种质资源匮乏，蚜虫为害面积日趋增加，给我国小麦生产造成巨大经济损失。挖掘和利用新型、安全抗蚜基因对通过基因工程培育小麦抗蚜新种质具有重要意义。E-β-farnesene（EβF）作为蚜虫报警信息素，可以驱避蚜虫，并吸引蚜虫天敌，有效控制蚜虫危害。本研究拟在已克隆了黄花蒿EβF合成酶基因的基础上，构建组成型和绿色组织高效植物表达载体；农杆菌介导转化烟草和小麦，获得释放EβF的转基因烟草和小麦；Southern blot、Real-time qPCR、Western blot和GC-MS分析，检测EβF合成酶基因在转基因烟草和小麦中的整合、拷贝数、表达特性和EβF释放量；通过温室接种蚜虫和蚜虫与天敌混合试验，分析转基因烟草和小麦的驱避蚜虫和吸引天敌特性。目的旨在明确黄花蒿EβF合成酶基因的功能，获得EβF合成酶基因转基因抗蚜小麦新种质。

蚜虫是危害小麦生产的主要害虫之一，目前我国小麦品种中抗蚜种质资源匮乏，蚜虫为害面积日趋增加，给我国小麦生产造成巨大经济损失。挖掘和利用新型、安全抗蚜基因对通过基因工程培育小麦抗蚜新种质具有重要意义。E-β-farnesene（EβF）作为蚜虫报警信息素，可以驱避蚜虫，并吸引蚜虫天敌，有效控制蚜虫危害。本项目利用本实验室已经克隆的黄花蒿EβF合成酶基因，构建了组成型和绿色组织高效植物表达载体；农杆菌介导转化烟草和小麦，获得了释放EβF的转基因烟草和小麦；Southern blot、Real-time qPCR、Western blot和GC-MS分析，检测了EβF合成酶基因在转基因烟草和小麦中的整合、拷贝数、表达特性和EβF释放量；温室接种蚜虫和蚜虫与天敌混合试验结果表明，转基因烟草和小麦表现出明显驱避蚜虫和吸引天敌特性。此外，法尼烯焦磷酸合成酶（farnesyl pyrophosphate synthase，FPS）是萜类化合物合成途径中的关键酶之一，其催化合成的产物FPP可在细胞质中通过MVA(Mevalonate pathway)途径作为EβF合成酶的底物。为了解小麦中FPS的表达特性、分布与供应状况，本项目还分离克隆了与蚜虫诱导抗性相关的小麦fps基因两个Isoforms, 蚜虫危害小麦后fps基因的表达谱分析、拟南芥互补实验和过表达实验、小麦VIGS实验以及蚜虫行为测试表明，此基因在小麦蚜虫诱导抗性中，起到非常重要的作用。因此，通过本项目的实施，不仅明确了黄花蒿EβF合成酶基因的功能，获得了EβF合成酶基因转基因抗蚜小麦新种质，为利用EβF合成酶基因创制抗蚜小麦新种质探索一条新途径，同时，本研究结果为利用此基因通过基因工程改良提高其它农作物的抗蚜性能提供了理论依据。相关研究结果在New Phytologist (IF:7.6，1篇), J Exp Bot (IF: 5.5，1篇), J of Integr Plant Biology（IF: 3.3，2篇）, Theor Appl Genet（IF: 3.8，1篇）, 发表SCI论文5篇；ESCI论文The Crop Journal 1篇。获得授权专利2项，申报专利2项。培养毕业博士研究生2名，硕士研究生2名。