MYC2与MYC3调控烟草髓部木质化防御茎秆钻孔象甲侵染的分子机制

这篇研究揭示了烟草(Nicotiana attenuata)中转录因子NaMYC2/3通过协调木质素生物合成途径(JA信号通路)介导髓部特异性防御机制。研究发现NaMYC2/3通过激活单木质醇(monolignol)生物合成基因、非经典单木质醇N-阿魏酰酪胺(N-FT)合成酶NaTHT1以及超氧化物歧化酶(SODs)NaNEC1a/1c的表达，形成多层次防御网络抵抗茎秆钻孔象甲(Trichobaris mucorea)幼虫侵染。该研究为植物抗虫防御机制提供了新见解。

　　

MYC2与MYC3调控烟草髓部木质化防御机制

摘要
研究团队发现烟草(Nicotiana attenuata)中MYC类转录因子NaMYC2和NaMYC3通过协调髓部特异性木质化过程，形成有效防御茎秆钻孔象甲(Trichobaris mucorea)的分子机制。这一发现揭示了植物应对茎秆钻孔害虫的新型防御策略。

引言
木质素作为植物次生细胞壁的重要组分，在机械支撑和抗生物胁迫中发挥关键作用。烟草在遭受茎秆钻孔象甲攻击时，髓部组织会诱导产生茉莉酸(JA)依赖的木质化防御反应。然而，这一过程的调控机制尚不明确。研究团队前期发现，这种防御性木质化会掺入非经典单木质醇N-阿魏酰酪胺(N-FT)，但其调控网络仍有待解析。

材料与方法
研究采用CRISPR/Cas9技术构建了Namyc2、Namyc3单突变体及双突变体。通过RNA-seq分析、双荧光素酶报告系统、亚细胞定位等技术，系统研究了NaMYC2/3在防御性木质化中的作用。昆虫生物测定采用人工接种象甲卵的方法，评估不同基因型植株对幼虫生长发育的影响。

结果

NaMYC2/3的鉴定与功能验证
系统发育分析鉴定出8个NaMYC家族成员，其中NaMYC2和NaMYC3与茄科植物同源蛋白亲缘关系最近。MeJA处理实验证实这两个基因的诱导表达具有JA依赖性。构建的Namyc2/3双突变体表现出典型的JA信号缺陷表型，包括植株生长加速和防御反应减弱。

防御表型分析
昆虫生物测定显示，Namyc2/3双突变体上幼虫生物量显著增加，与JA缺陷突变体Naaoc相当。木质素染色和定量分析表明，突变体完全丧失了攻击诱导的髓部木质化能力。成虫体重测定进一步证实，NaMYC2/3缺失导致昆虫适应性显著增强。

转录组调控网络
RNA-seq分析发现，Namyc2/3双突变体中2686个攻击诱导基因的表达被完全抑制。GO分析显示这些基因显著富集于苯丙烷代谢(GO:0009698)、细胞壁生物发生(GO:0042546)等通路。值得注意的是，单木质醇生物合成相关基因(如NaF5H、NaCAD1)、转运蛋白(NaABCG36)以及氧化酶类(NaRBOHE)的表达均依赖NaMYC2/3。

N-FT的生物合成与功能
研究发现NaTHT1是N-FT合成的关键酶，其表达受NaMYC2/3直接调控。Natht1突变体不仅丧失N-FT积累能力，还表现出木质素含量降低和幼虫生长增强的表型，证实N-FT在防御中的重要作用。

超氧化物歧化酶的功能
鉴定出两个NaMYC2/3依赖的SODs基因——NaNEC1a和NaNEC1c。亚细胞定位证实NaNEC1a定位于质外体。遗传分析显示，Nanec1a/1c双突变体髓部木质化程度显著降低，幼虫存活率提高；而过表达株系则表现出增强的抗性。

讨论
该研究首次阐明MYC转录因子通过整合多层次调控网络介导植物抗虫防御的分子机制。NaMYC2/3不仅激活经典木质素合成途径，还特异性地调控非经典单木质醇N-FT的掺入，并通过NaNEC1a/1c维持活性氧稳态，共同构建有效的物理化学防御屏障。这些发现为理解植物组织特异性防御反应提供了新视角，也为作物抗虫育种提供了潜在靶点。

未来研究可进一步探究：1) 诱导髓部特异性木质化的关键激发子；2) N-FT在改变木质素结构特性中的具体作用；3) 不同组织部位防御反应差异的调控机制。这些问题的解决将深化对植物-昆虫互作的认识。