CER2-LIKE1功能缺失突变通过影响表皮蜡质积累降低威尔士葱蓟马易感性

本研究通过分子生物学与遗传学方法，揭示了威尔士葱中AfCER2-LIKE1基因功能缺失突变导致表皮蜡质合成缺陷的机制。该突变由启动子区逆转录转座子插入及编码区移码突变共同引起，通过破坏AfCER2-LIKE1与AfKCS11蛋白互作，抑制超长链脂肪酸（VLCFA）从C28向C30的延伸。值得注意的是，蜡质缺陷突变体（gl）反而表现出对蓟马（Thrips tabaci）的抗性增强，为作物抗虫育种提供了新思路。

　　

表皮蜡质作为植物表皮疏水屏障的重要组成部分，在介导植物与环境互作中发挥着关键作用。这项研究在威尔士葱（Allium fistulosum L.）中发现并鉴定了一个表皮蜡质突变体（gl），该突变体表现出AfCER2-LIKE1基因的功能缺陷。

突变体表型与分子特征

gl突变体成熟叶片呈现独特的光泽浅绿色表型，与野生型（WT）的灰绿色形成鲜明对比。扫描电镜（SEM）观察发现WT叶片密布针状和片层状蜡质晶体，而gl突变体几乎完全缺失这些结构。蜡质定量分析显示gl突变体总蜡质负载量降低82%，其中酮类成分（特别是16-三十一烷酮）减少最为显著。透射电镜（TEM）进一步揭示gl突变体虽然蜡质层变薄，但角质层却显著增厚。

分子机制研究表明，gl表型由AfCER2-LIKE1基因突变引起。该突变包含两个关键遗传事件：编码区526 bp处的单碱基缺失导致移码突变和翻译提前终止；启动子区-439 bp处插入了一个5.4 kb的长末端重复逆转录转座子（LTR-RT），并伴有11 bp的靶位点重复（TSD）。启动子活性分析通过GUS和LUC报告基因系统证实，逆转录转座子的插入显著抑制了AfCER2-LIKE1启动子的转录活性。

VLCFA生物合成机制

亚细胞定位实验显示AfCER2-LIKE1和AfKCS11（KCS6同源物）均定位于内质网。通过膜酵母双杂交（MbY2H）、荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补成像（LCI）等多种蛋白互作 assay，证实AfCER2-LIKE1^WT能与AfKCS11发生特异性相互作用。

酵母异源表达系统提供了功能验证的关键证据。单独表达AfKCS11可提高C28脂肪酸水平，而共表达AfCER2-LIKE1^WT和AfKCS11则显著促进C30脂肪酸合成。相反，AfCER2-LIKE1^gl突变蛋白无法与AfKCS11互作，也不能诱导VLCFA链延长。这些结果说明AfCER2-LIKE1通过与AfKCS11形成复合物，特异性调控脂肪酸从C28到C30的延伸过程。

功能获得性验证通过转基因实验完成。在拟南芥中过表达AfCER2-LIKE1导致茎秆蜡质含量显著增加，电镜观察发现叶片和茎部出现不同程度的蜡晶体积累。更有趣的是，通过农杆菌介导的瞬时转化将AfCER2-LIKE1回补到gl突变体叶片中，能够显著恢复蜡质晶体沉积，形成颗粒状聚集体、片层结构和无定形配置等多种形态。

抗虫表型与机制

尽管gl突变体蜡质含量降低，但田间调查和实验室实验均发现其对蓟马（Thrips tabaci）的抗性显著增强。连续三年（2016、2017和2023）的田间调查显示，gl植株的蓟马危害指数显著低于WT。实验室双选择嗅觉测定实验进一步证实，gl叶片表面的蓟马数量显著少于WT。

关于抗性机制，研究提出了多种可能解释。虽然16-三十一烷酮等特定蜡质成分的减少可能直接影响蓟马的取食行为，但蜡质去除实验表明表皮蜡质本身并非抗性决定因子。值得注意的是，gl突变体中观察到的角质层增厚可能增强了物理屏障功能。此外，蜡质谱的整体变化（某些成分减少的同时其他成分增加）可能通过化学信号途径影响昆虫行为。

研究意义与结论

该研究首次在威尔士葱中阐明了CER2-LIKE1基因的功能及其与KCS11互作调控VLCFA合成的分子机制。发现启动子区逆转录转座子插入和编码区移码突变共同导致基因功能丧失，为植物表型变异提供了新的分子解释。

特别值得注意的是，蜡质合成缺陷反而增强了对蓟马的抗性，这一看似矛盾的现象为作物抗虫育种提供了新思路。研究结果表明，通过调控特定蜡质成分而非总体蜡质含量，可能实现抗虫性与其他农艺性状的平衡。

这些发现不仅丰富了植物表皮蜡质生物合成的理论体系，也为威尔士葱的抗虫分子育种提供了重要基因资源和理论依据。gl突变体作为一种珍贵的遗传材料，在作物改良中具有潜在的应用价值。