β-caryophyllene emitted from a transgenic Arabidopsis or chemical dispenser repels Diaphorina citri, vector of Candidatus Liberibacters
- 作者
- Berta Alquézar, Haroldo Xavier Linhares Volpe, Rodrigo Facchini Magnani, Marcelo Pedreira de Miranda, Mateus Almeida Santos, Nelson Arno Wulff, Jose Mauricio Simões Bento, José Roberto Postali Parra, Harro Bouwmeester, Leandro Peña
- 杂志
- Scientific Reports（2017）
- DOI
- 10.1038/s41598-017-06119-w
- 所属领域
- 植物保护
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解决的核心问题
柑橘黄龙病（HLB）传播媒介柑橘木虱（Diaphorina citri）的防控难题，特别是缺乏可持续的驱避策略。
研究策略
分析番石榴（Psidium guajava）叶片释放的挥发性有机化合物（VOCs），鉴定出β-石竹烯为主要活性成分；利用转基因拟南芥过表达/敲除β-石竹烯合酶基因，验证该化合物对木虱的驱避作用；并在柑橘挥发物背景下测试其干扰木虱寄主定位的效果。
研究路线图
核心内容
该研究针对柑橘黄龙病媒介柑橘木虱的防控难题，从番石榴叶片挥发性有机物中鉴定出β-石竹烯为主要驱避活性成分，其占总挥发物的20.61%至58.92%。通过转基因拟南芥过表达或敲除β-石竹烯合酶基因TPS21，验证了该化合物的行为调控作用。四臂嗅觉仪实验显示，1 μg/μL的β-石竹烯即显著驱避木虱，有效剂量比已知驱避剂DMDS低约500倍；过表达株系β-石竹烯排放量较野生型高约三个数量级，驱避指数为24.68%。在柑橘挥发物背景中添加该化合物后驱避指数仍达22.34%，且与过表达株系共笼时，24小时和48小时后柑橘上木虱数量较敲除株系分别减少19.40%和15.21%。研究表明β-石竹烯可有效干扰木虱寄主定位，转基因植物释放该化合物或使用化学释放剂有望成为黄龙病“推”策略防控的新途径。
创新点
首次证明转基因拟南芥改变VOC排放可改变D. citri的行为；鉴定β-石竹烯为番石榴驱避作用的关键成分，其驱避有效剂量比DMDS低约5倍；提出利用转基因柑橘或释放剂实施“推”策略防控HLB。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 萜烯合成途径（倍半萜） | At5g23960 (TPS21) | β-caryophyllene synthase | 催化 | 过表达（OE）和敲除（KO）系用于验证β-石竹烯对木虱行为的影响 |
关键发现
- 番石榴叶片中β-石竹烯占总VOCs的20.61±3.80%至58.92±7.44%
- 1 μg/μL β-石竹烯在四臂嗅觉仪中显著驱避D. citri，而DMDS需500μg
- 转基因拟南芥OE系β-石竹烯排放量比野生型高约三个数量级，驱避指数为24.68±2.26%
- 在柑橘背景中添加1 μg/μL β-石竹烯使驱避指数达22.34±2.36%
- 行为实验中，与OE系共笼时，24h和48h后柑橘上木虱数量较KO系分别减少19.40%和15.21%，较单独柑橘分别减少43.75%和27.10%。
研究结论
β-石竹烯是番石榴驱避柑橘木虱的活性挥发物，适量释放可干扰木虱对柑橘寄主的定位，转基因植物过量释放β-石竹烯有望成为HLB防控的“推”策略。