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植食性昆蟲是植物生存最重要的威脅之一，根據它們的口器不同，可以將昆蟲分為咀嚼式昆蟲和刺吸式昆蟲。在植物和昆蟲的共進化過程中，植物進化出了復雜多樣的抵御昆蟲取食的策略，包括精妙的信號傳導系統和多種多樣的植物抗蟲次生代謝產物。比如，植物激素茉莉酸（Jasmonic acid，JA）是關鍵的調控植物抗蟲性的信號物質，而芥子油苷（glucosinolates，GS）是十字花科植物的重要抗蟲次生代謝物。
植物不僅會在昆蟲取食（本地）部位做出響應而且還可以在昆蟲未被取食的遠端（系統）部位也產生抗蟲響應，這一過程被稱為系統性抗蟲響應。活性氧（reactive oxygen species，ROS）信號、鈣（Ca2+）信號和電信號參與了植物葉片與葉片間系統性抗蟲信號的快速傳遞，而且三者的傳遞過程均依賴于谷氨酸受體蛋白（glutamate receptor-like protein）GLR3.3和GLR3.6。盡管GLR3.3和GLR3.6在植物系統性信號傳遞中的功能較為明確，然而它們是否以及如何參與植物的系統性抗蟲響應尚不清楚。
近期，中國科學院昆明植物研究所吳建強團隊利用刺吸式口器昆蟲桃蚜（Myzus persicae）及咀嚼式口器昆蟲斜紋夜蛾（Spodoptera litura）兩種不同取食方式的昆蟲，以及野生型和GLR3.3和GLR3.6基因突變體擬南芥為研究對象，通過抗蟲表型分析、激素及次生代謝物檢測，并利用轉錄組和代謝組關聯分析，揭示了GLR3.3和GLR3.6在植物系統性抗蟲中的作用機理。
研究結果發現，桃蚜和模擬斜紋夜蛾取食（W+OS處理）誘導的系統性鈣離子（Ca2+）信號的增強依賴于GLR3.3和GLR3.6（圖1）；而且與野生型擬南芥相比，glr3.3 glr3.6雙突變體中對桃蚜及斜紋夜蛾的系統性抗蟲能力減弱（圖2），表明GLR3.3和GLR3.6在擬南芥系統性抗蟲過程中發揮了重要的作用。進一步對抗蟲相關物質的測定發現，茉莉酸（JA）和芥子油苷（GS）在系統葉片的含量降低。轉錄組分析表明，GLR3.3和GLR3.6在擬南芥系統葉片對昆蟲取食的轉錄響應中發揮了重要的作用，尤其是JA和GS相關基因的表達。此外，代謝組分析發現，GLR3.3和GLR3.6還調控了氨基酸、碳水化合物和有機酸等響應昆蟲取食的重要代謝物在系統葉片的積累。綜上所述，該研究深入地分析了谷氨酸受體GLR3.3和GLR3.6在植物系統性抗蟲響應中的功能，揭示了GLR3.3和GLR3.6不僅調控植物響應昆蟲取食產生的系統性Ca2+信號的傳遞，還調控植物系統性抗蟲響應，包括抗性基因的表達以及抗蟲代謝物的積累，為從分子水平上了解植物系統性抗蟲響應提供了重要的理論依據，也為培育抗蟲農作物提供了參考。
該研究以The glutamate receptor-like 3.3 and 3.6 mediate systemic resistance to insect herbivores in Arabidopsis為題，在線發表在Journal of Experimental Botany上，中國科學院昆明植物研究所博士研究生薛娜為論文第一作者，吳建強研究員為通訊作者。該研究得到了先導培育項目、云南省基礎研究計劃優青項目、中科院青年創新促進會、中科學“西部之光”人才培養計劃項目的資助。
文章鏈接：https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erac399/6754912
圖1 桃蚜和W+OS處理誘導的系統性Ca2+信號的增強依賴于GLR3.3和GLR3.6
圖2 擬南芥glr3.3 glr3.6雙突變體對桃蚜及斜紋夜蛾的抗性降低
