Oral secretions from Mythimnaseparata insects specifically induce defence responses in maize as revealed byhighdimensional biological data

PLANT CELL ENVIRON IF:6.169

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玉米受植食昆蟲攻擊的防御機制的調控模型如下圖：

研究背景：

植物受食草昆蟲攻擊對其生存構成重大威脅，植物也因此進化形成復雜的防御調控系統。玉米作為世界范圍內主要作物,受昆蟲攻擊造成巨大的生產損失。文章旨在研究玉米受食草昆蟲攻擊的響應機制，著重分析與機械損傷相比，食草昆蟲的口腔分泌物對植物-昆蟲之間互作所起的作用。

樣本來源：

溫室控制條件下培養的玉米自交系A188 (20°C,白天16 h)；粘蟲（來源于中國科學院動物研究所）；

冰上收集來源于A188飼養的3~5周齡的100只粘蟲的口腔分泌液，分裝成小份后，液氮速凍后冷藏于-80℃備用。

W組：未處理的玉米葉片；W+W組：20 μL水處理V3期玉米機械損傷的葉片；W+OS 組：20μL口腔分泌液處理V3期玉米機械損傷的葉片。

技術：

轉錄組測序（三個生物學重復）

iTRAQ蛋白定量分析（三個生物學重復）

代謝組分析（五個生物學重復）

研究結果：

——轉錄組測序分析——

由后續植物激素水平變化得知, W+W組和 W+OS 組JA、SA和ABA含量在1.5h時高度上升, 此外，也考慮到防御相關代謝產物的酶的合成，因此選擇1.5h和6h樣本處理時間來進行轉錄組測序。所有測序結果取并集，總共檢測到52012個基因，其中，差異表達的基因有4406個 （|FC|≥4，p≤0.05）。然后對上下調基因進行韋恩圖分析，分別挑選60個差異表達最大的基因進行熱圖分析。其中上調基因多是參與植物防御，而下調基因多是與生長相關。

上、下調基因的Venn圖和熱圖分析

——iTRAQ蛋白定量分析——

文章總共鑒定到2350個蛋白，其中差異蛋白有294個。與正常組相比，挑選出蛋白變化水平≥20%且p≤0.05的蛋白用于后續分析。然后對上下調蛋白進行韋恩圖分析，分別挑選60個差異表達最大的蛋白進行熱圖分析。其中很多上調表達的蛋白參與JA信號通路、鈣信號通路,植食昆蟲誘導的植物揮發物生物合成和氧化還原調控通路；而下調表達的蛋白多是跟植物生長相關。提示玉米在受到植食物昆蟲侵擾后實現生長到防御級聯信號的轉變。

上、下調蛋白的Venn圖和熱圖分析

——蛋白組和轉錄組聯合分析——

4406個差異表達的基因中，4142個基因沒有檢測到相應的蛋白表達，只有64個基因在蛋白水平上有明顯變化。差異表達的蛋白有294個，其中214個在轉錄水平上沒有顯著差異，推測這些蛋白很可能存在轉錄后修飾。

蛋白組和轉錄組的所有基因韋恩圖分析和差異表達基因數目統計

——激素類檢測——

植物激素, 包括茉莉酸(JA)、水楊酸(SA)、脫落酸（ABA）和乙烯 (ET)等, 在植物防御植食昆蟲中起著重要作用。因此利用靶向代謝組技術檢測W+W組和 W+OS 組 （處理時間分別為0、0.5h、1.5h、3h、6h）葉片JA、JA-異亮氨酸綴合物、SA、ABA和ET的含量；并對這些激素合成相關基因在不同時間點的表達水平進行分析。

激素水平變化和激素合成相關蛋白的表達水平變化

——代謝組學分析——

UPLC-Q-TOF MS 系統檢測W+W 和 W+OS 處理后48h非揮發性代謝物變化，檢測到的代謝物主要分為以下幾類：氨基酸、苯并惡唑嗪酮、酚類、黃酮和脂質。此外，W+OS處理組相比于W+W處理組和對照組，葉片含有更多的芳樟醇、乙酸芐酯、乙酸苯乙酯、香葉醋酸,蓽澄茄油烯醇和倍半萜等；W+W處理組相比于對照組，含有更多的芳樟醇。由于烯萜類是植物防御的重要物質，因此文章也對烯萜類合成基因和蛋白的表達水平進行了檢測。

玉米代謝組變化以及苯并惡唑嗪酮和烯萜類合成相關基因和蛋白的表達水平

——轉錄調控因子檢測——

W+W和W+OS處理后，39個家族的289個轉錄調控因子的表達水平發生明顯變化。文章對上下調表達的轉錄調控因子進行韋恩圖分析，并對60個顯著上調表達的轉錄調控因子和所有