昆明植物所发现了一个新颖的参与植物抗虫的Kunitz型的胰蛋白酶抑制基因
昆虫和动物通过分泌胰蛋白酶来消化食物，从而能够吸收重要的营养物质-蛋白质。很多植物受到啃食的时候，特别是茄科植物和豆科植物，会积累高水平的胰蛋白酶抑制剂活性来抵御昆虫和食草动物。这些高水平的胰蛋白酶抑制剂活性是来自一个，还是多个基因编码的蛋白？这些蛋白基因的调控方式是否一样？如果不一样，有哪些调控方式？这些都是植物抗虫领域的重要科学问题。
中国科学院昆明植物研究所植物次生代谢分子调控专题攻关组以渐狭叶烟草为模式，结合了转录组分析、基因沉默和超表达、以及蛋白活性研究手段，在2021年发现了一个Kunitz型的胰蛋白酶抑制基因NaKTI2（Yin et al., 2021 Plant Cell Reports）。今年又发现了一个新的Kunitz型的胰蛋白酶抑制剂基因NaMLP。
昆明植物园扶荔宫中的明星植物神秘果树以其果实中能合成一种特殊的蛋白质-神秘果素（miraculin）而闻名。吃了神秘果半小时到两小时内，舌头上的敏酸味蕾暂时被神秘果素抑制，而对甜味敏感的味蕾感受器却活跃起来，这时再吃酸性水果，只会感受到甜味。20世纪60年代，周恩来总理访问西非时，加纳共和国的领导人把神秘果树作为礼物赠与总理。研究人员注意到NaMLP这个基因是因为它的表达能被昆虫的口水和链格孢菌的感染高水平的诱导，而且这个基因编码的蛋白和神秘果素有较高的氨基酸序列相似性，因此它被命名为类似神秘果素蛋白（NaMLP；miraculin-like protein）。
研究人员进一步的研究发现，尽管NaMLP蛋白的氨基酸序列和已知的Kunitz型胰蛋白酶抑制剂的序列相似性较低，但是它具有已知Kunitz型胰蛋白酶抑制剂的功能结构域。它有可能和神秘果素蛋白类似，可以不可逆地和一些受体或酶结合。NaMLP基因沉默后，研究人员发现转基因植物的抗虫性降低，同时胰蛋白酶抑制剂活性也显著性的降低了。接着，研究人员又创制了NaMLP稳定超表达的植物，发现其抗虫性增强，而且蛋白粗提液中胰蛋白酶抑制剂活性也显著性的增强了。这些实验均证明了NaMLP编码的蛋白具有胰蛋白酶抑制剂活性，是植物抗虫的重要基因。很有意思的是，和前面发现的NaKTI2不同，NaKTI2的表达依赖于转录因子WRKY3和WRKY6，而NaMLP受到的是茉莉酸和乙烯信号的协同诱导。
研究人员系统的工作证明了植物受到昆虫啃食后，会激活不同的信号系统，上调了不同的胰蛋白酶抑制剂编码基因，如：JA控制的NaPI，WRKY3调控的NaKTI2，以及茉莉酸和乙烯协同调控的NaMLP（见下图）。在生化与分子生物学水平上，揭示了基于胰蛋白酶抑制剂的抗虫反应的复杂性，编码胰蛋白酶抑制剂基因的多样性，以及调控的多样性，从而丰富了植物抗虫反应的调控网络。
该论文以题为NaMLP, a new identified Kunitz trypsin inhibitor regulated synergistically by JA and ethylene, confers Spodoptera litura resistance in Nicotiana attenuata于在线发表于植物的经典期刊Plant Cell Reports。博士研究生杨茂和程俊斌为本论文的共同一作，通讯作者是吴劲松研究员。该论文得到了自然科学基金（31670262）等资助。