中国林科院亚林所专家揭示了两个萜类合成基因在马尾松防御松材线虫病中起正调控作用

松材线虫病蔓延速度快，防治难度大，严重影响我国木材安全和生态安全。马尾松（Pinus massoniana）为松材线虫的主要危害对象之一，松材线虫病已严重阻碍了马尾松林资源培育及其产业发展。马尾松群体中存在抗松材线虫病的基因型，当松材线虫入侵时，可以诱导高抗马尾松分泌大量的松脂萜类化合物参与抵御松材线虫，但其抗性调控机制尚不明确。
亚林所周志春研究团队首次克隆并鉴定了高抗马尾松中的两个萜类合成关键基因α-蒎烯合酶基因（PmTPS4）和长叶烯合酶基因（PmTPS21），对其进行功能验证，解析这两个萜类合成关键基因在高抗马尾松抵御松材线虫病进程中的调控策略。定位于质体的PmTPS4和定位于细胞质PmTPS21的表达量在高抗马尾松中皆显著高于易感马尾松，且在茎部组织显著高表达，特别是在木质部树脂道上皮细胞中表达信号最强。PmTPS4是一种多产物的α蒎烯合酶，可以同时合成α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯和D-柠檬烯等4种单萜化合物。PmTPS21是一种具有双功能的长叶烯合酶，在法呢基二磷酸（FPP）为唯一底物情况下，可同时合成倍半萜和单萜（长叶烯和α-蒎烯），也可催化牻牛儿基焦磷酸（GPP）合成α-蒎烯。此外，还发现PmTPS4和PmTPS21的酶活产物体对体外培养的松材线虫具有明显抑制作用，表明PmTPS4和PmTPS21在高抗马尾松防御松材线虫过程中发挥正调控作用。该研究结果对马尾松抗性育种以及对松材线虫的有效防治具有重要理论指导意义，同时双功能长叶烯合酶的鉴定可为进一步研究针叶树种双功能酶的特异性结构开辟新思路。
研究成果以“Two terpene synthases in resistantPinus massonianacontribute to defense againstBursaphelenchus xylophilus”为题发表在Plant Cell & Environment上。博士研究生刘彬为第一作者，刘青华副研究员为通讯作者。研究得到浙江省重点研发计划和浙江省林木新品种选育重大专项重点课题等项目的资助。(刘青华/亚林所)
论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.13873
刘青华 中国林科院亚林所 2020-09-07

关键词 松材线虫病  松材线虫  森林保护  生物防护  抗病基因  木材安全  生态安全  图片