《Plant Stress》：Genome-wide characterization of the cassava lipoxygenase gene family reveals
MeLOX12 as a key regulator of JA-mediated resistance to
Tetranychus urticae
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本研究针对木薯抗二斑叶螨（TSSM）机制不清的问题，系统开展了木薯LOX基因家族全基因组鉴定及功能研究。研究发现MeLOX12在TSSM侵染后显著诱导表达，通过VIGS技术沉默该基因导致JA合成关键酶基因表达下调、JA积累减少，最终使抗性品种SC9丧失对TSSM的抗性。该研究首次阐明MeLOX12通过调控JA合成通路介导木薯抗螨性的分子机制，为抗虫育种提供了新靶点。
木薯作为全球重要的粮食和能源作物，养活了超过8亿人口，但其生产常受到二斑叶螨（TSSM）的严重危害。目前主要依赖化学杀螨剂进行防治，但过度使用导致农药残留、非靶标生物毒性和螨类抗药性等问题。利用抗虫品种是可持续防控的有效策略，然而木薯抗螨的分子机制尚不清楚。
茉莉酸（JA）是植物防御害虫的核心信号分子，而脂氧合酶（LOX）是JA生物合成途径的关键限速酶。虽然LOX基因家族在拟南芥、水稻等模式植物中已有深入研究，但木薯LOX基因家族的系统鉴定及其在抗螨中的作用仍属空白。
为了填补这一空白，中国热带农业科学院的研究团队在《Plant Stress》上发表了最新研究成果。研究人员通过对木薯基因组进行全基因组分析，鉴定出16个MeLOX基因家族成员，并发现MeLOX12在TSSM侵染的抗性品种中表达最为显著。通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术降低MeLOX12表达后，JA合成通路关键基因表达下调，JA含量降低，木薯对TSSM的抗性显著下降。这项研究首次揭示了MeLOX12在木薯抗螨性中的关键作用，为培育抗虫木薯品种提供了理论依据。
研究人员主要运用了基因组学分析、系统进化分析、基因表达分析、病毒诱导基因沉默（VIGS）技术和JA含量测定等关键技术方法。实验材料包括三个TSSM抗性木薯品种（C1115、Miandian和SC9）和三个感病品种（BAR900、SC205和Bread）。
3.1 木薯MeLOX基因家族的鉴定
研究人员从木薯基因组中鉴定出16个MeLOX基因，命名为MeLOX1至MeLOX16。这些基因分布在10条染色体上，蛋白质大小从846到943个氨基酸不等。系统进化分析将LOX基因分为8个亚组，其中MeLOX12与拟南芥中参与防御反应的AtLOX3、AtLOX4和AtLOX6聚类在一起。
3.2 LOX基因的进化和同线性分析
基因结构分析显示所有MeLOX基因均含有至少10个外显子和7个内含子。顺式作用元件分析发现大多数MeLOX基因含有茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件以及与生物和非生物胁迫相关的元件。同线性分析发现木薯与橡胶树、蓖麻等近缘物种间存在广泛的LOX基因同线性关系。
3.3 MeLOX基因在TSSM侵染木薯中的转录模式及MeLOX12蛋白互作网络分析
在TSSM侵染的抗性品种SC9中，10个13-MeLOX基因的表达均发生显著变化，其中MeLOX12在4天后的诱导表达最为显著（约9倍）。蛋白互作网络预测显示MeLOX12与JA合成通路中的AOS、AOC和OPR3等关键酶存在相互作用。
3.4 TSSM侵染显著影响木薯的JA生物合成通路
在TSSM侵染下，抗性品种中MeLOX12、MeAOC1、MeAOS3和MeOPR3的表达均显著上调，而感病品种中的变化不一致。酶活性测定显示LOX、AOC和OPR的活性变化与基因表达趋势一致，且抗性品种中的酶活性显著高于感病品种。JA含量测定表明抗性品种在TSSM侵染后JA含量显著增加，而感病品种无显著变化或下降。
3.5 沉默MeLOX12损害JA产生和TSSM抗性
通过VIGS技术沉默MeLOX12后，其表达量降低59.67%，JA合成通路基因MeAOC1和MeAOS3的表达显著下调，LOX酶活性降低。表型观察显示沉默植株在TSSM侵染4天后出现严重受害症状，螨害指数（MDI）从对照的22.92（抗性）升至62.75（感病）。JA含量在沉默植株中显著低于对照。
研究结论表明，MeLOX12是木薯抗TSSM的关键基因，通过调控JA生物合成通路介导防御反应。结构方程模型显示MeLOX12表达与JA含量呈显著正相关，而JA含量与叶片受害程度呈显著负相关。这项研究不仅首次系统鉴定了木薯LOX基因家族，还明确了MeLOX12在抗螨性中的核心作用，为分子育种提供了重要靶点。然而，研究也指出需要进一步探讨MeLOX基因间的功能冗余性、对不同害虫的特异性响应以及在抗性与生长间的平衡调控机制。这些问题的解决将推动抗逆木薯品种的选育进程。
