中国盐肤木蚜虫诱导虫瘿中水解单宁的极端积累及漆酶介导的耐受性

《Plant, Cell & Environment》：Extreme Hydrolyzable Tannin Accumulation in Aphid-Induced Galls and Laccase-Mediated Tolerance in Schlechtendalia chinensis

　　

摘要

当植食动物取食时，植物会重新分配其次级代谢产物，而蚜虫Schlechtendalia chinensis在Rhus chinensis上诱导形成的虫瘿将这种反应推向极致，可水解单宁 (HTs) 达到虫瘿壁干重的 74.5%，约为无虫瘿叶片水平的 32 倍。为了探究植物如何积累如此多的单宁以及蚜虫如何在此环境中生存，我们跟踪了虫瘿发育过程中的 HT 积累和候选基因表达，在Arabidopsis thaliana中表达这些基因，并表征了作用于单宁的蚜虫酶。磷酸葡萄糖变位酶、UDP-葡萄糖基转移酶 BX9 和没食子酸 1-β-D-葡萄糖基转移酶 (GDG) 的表达随 HT 含量升降，其中 GDG（其产物 β-葡萄糖基没食子酸是首要承诺中间体）与 HT 含量的变化最为同步。在Arabidopsis中，没食子酰化合物库增加了约 4 倍，因此这三个基因扩大了该宿主中的没食子酰前体供应。在蚜虫体内，整个虫瘿发育过程中单宁酶活性始终接近检测限，而漆酶活性高出几个数量级，并集中在腹部。粗提蚜虫提取液去除了虫瘿提取液中 41.6%–54.2% 的 HT，而对其加热或添加铜氧化酶抑制剂 NaN₃ 则阻止了这一过程。三种蚜虫漆酶之一的重组蛋白 Sc-Lac5 氧化了 1,2,3,4,6-五-O-没食子酰-β-D-葡萄糖、没食子酸和虫瘿 HT，消耗的 O₂ 相当于每个 PGG 分子 3.77 个电子，虫瘿单宁每个没食子酰基组约两个 (K_m?=?187?μM, k_cat?=?2.83?s^?1)。沉默 Sc-Lac5 使原本耐受 2% 饮食没食子酸的蚜虫致死，并允许 HT 在其体内积累，而喂食纯化酶则逆转了这两种情况。漆酶活性，特别是 Sc-Lac5，支撑了 S. chinensis 在其取食所产生的单宁环境中生存的能力。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

数据可用性声明

PGM、BX9 和 GDG 的 cDNA 序列已存入 NCBI GenBank，登录号为 PX688653、PX688654 和 PX688655。图 2I 中的 FPKM 值取自已发表的 S. chinensis 基因组和转录组 (Wei 等 2022)，潜在的 RNA-seq 数据可通过该出版物中指定的库获取。本研究未生成新的 RNA-seq 数据集。RT-qPCR 引物序列见支持信息 S1：表 S1，扩增和熔解曲线见支持信息 S1：图 S2,S3,S6。拟南芥没食子酰化合物和 UDP-葡萄糖测量的 UPLC-MS/MS 色谱图和峰面积、拟南芥中没食子酸测定的分析报告 (生工生物报告 JC197-1)、重组 Sc-Lac5 生产报告 (生工生物项目 DT14205-1；支持信息 S1：图 S10) 以及原始氧电极轨迹可向通讯作者索取。