Nature子刊：甘薯抗蟲遺傳基礎解析方面取得進展

農業上尚無小象甲甘薯抗性品種培育。該研究創制的種質在顯著提高抗性的同時并未降低品種原有產量和品質，推進了甘薯小象甲抗性種質開發利用的研究。

甘薯（Ipomoea batatas L.）是重要的經濟作物。作為我國的特色農產品，甘薯既是保障糧食安全的底線作物，也是精準扶貧的優勢作物。甘薯種植區主要分布在溫帶、熱帶和亞熱帶地區，但頻繁發生的蟲害已成為制約甘薯生產的主要因素。甘薯小象甲是甘薯種植危害最大的害蟲，也是重要的檢疫性害蟲，通過啃咬葉蔓、蛀食薯塊等，在種植期和薯塊儲存期均造成危害，并影響甘薯的產量和食用品質。甘薯小象甲在亞洲薯區和非洲薯區較為嚴重，防范不當易導致絕收，給甘薯生產帶來經濟損失。在我國南方，甘薯種植區一年可多代發生且世代重疊，因氣候變暖，近年來已擴散至長江流域種植區，呈逐年擴大趨勢。目前，尚無甘薯小象甲的有效抗性資源，而采取大量施用農藥等化學防治，致使生產成本增加以及環境污染與食品安全等問題。因此，發掘甘薯自身的抗蟲基因資源，開展抗性分子機制研究，促進抗蟲技術開發和抗性品種選育，是解決甘薯小象甲蟲害最為經濟環保且可持續的發展方向之一，也是當前甘薯產業發展的迫切需求。 

近年來，中國科學院華南植物園研究員侯興亮帶領的植物發育與品質調控研究團隊，聚焦甘薯重要性狀遺傳基礎與高效精準育種技術的研究。由于甘薯小象甲抗性的研究基礎薄弱、甘薯抗蟲資源多樣性不高，導致抗蟲機制研究進展緩慢，有“薯道難”之稱。面對這一問題，侯興亮團隊與廣東海洋大學合作，多年來在蟲害流行嚴重的華南地區搜集不同的甘薯材料，并進行抗蟲評價。該團隊歷經三年田間篩選，獲得了兩份甘薯小象甲高抗種質。進一步，研究利用抗感種質構建F1遺傳群體，克服控制條件下抗蟲表型難檢測、不穩定的困難，建立穩定的甘薯小象甲抗蟲可控評價體系，最終定位并克隆了兩個甘薯小象甲抗性關鍵基因SPWR1（Sweet Potato Weevil Resistance 1）和SPWR2。該研究克服了甘薯遺傳轉化操作難、轉化率低、周期長的問題，利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌農桿菌（非發根農桿菌）定向注射手段，開發了高效穩定的新型甘薯遺傳轉化方法。大量的甘薯遺傳材料證明SPWR1和SPWR2均正向調控甘薯小象甲抗性。多種生理生化實驗表明甘薯小象甲侵害可誘導SPWR1編碼的WRKY轉錄因子特異結合抗性等位基因SPWR2啟動子的W-box元件，從而激活后者的基因表達；而SPWR2編碼的蛋白是甘薯奎尼酸合成途徑的關鍵酶，進一步啟動了下游奎尼酸衍生物的生物合成，以此抵御甘薯小象甲侵害。進一步的昆蟲理化實驗證明，攜帶有1-羥基-奎尼酸基團的衍生化合物均表現出對甘薯小象甲腸道消化酶和活動的抑制活性。 

目前，農業上尚無小象甲甘薯抗性品種培育。該研究創制的種質在顯著提高抗性的同時并未降低品種原有產量和品質，推進了甘薯小象甲抗性種質開發利用的研究。研究顯示，奎尼酸及其衍生物在甘薯的內源濃度下不具有對人體的藥理毒性，且在自然環境中不易殘留，同時，含有高水平奎尼酸的天然抗蟲變異品種抗蟲性強大，展示出有潛力的、兼具環境友好型和資源節約型的農業抗蟲方案。該研究不僅首次克隆了甘薯天敵害蟲的天然抗性基因，而且揭示了其下游天然抗蟲物質的調控機理，為甘薯小象甲田間防治手段提供了新方向和新思路，對推進高產優質多抗的甘薯分子育種，促進特色高值生態農業關鍵技術研發和成果轉化，帶動甘薯產業的良性發展和農民增產增收，具有重要意義。 

近日，相關研究成果作為封面故事發表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到國家自然科學基金-廣東省聯合基金、廣東省特支計劃科技創新青年拔尖人才等的支持。廣東海洋大學科研人員參與研究。