WRINKLED3 的功能多样化将脂肪酸代谢与茄科植物的杀虫性酰糖产生相整合

番茄毛如何帮助抵御害虫

番茄及其茄科亲缘植物用能渗出粘性、驱虫液滴的微小毛来防御。该研究揭示了一个位于这些毛中的单一开关如何将常规脂肪生成与特殊糖类毒素——酰糖的合成连接起来。理解这一内在化学屏障，可能为在不大量依赖喷施农药的前提下保护作物提供新途径。

从日常化学到植物自卫

植物合成大量化合物，从维持细胞生存的基本成分到稀有的能驱避昆虫或吸引授粉者的物质。酰糖属于后者。它们是带有油性侧链的糖分子，在番茄及许多其他茄科植物叶片的腺毛中产生。这些液滴对许多昆虫和微生物具有毒性或黏着性。然而，科学家对植物如何在正确的部位与时间启动这一防御工厂知之甚少，尤其是不清楚它如何将原料供应与酰糖最终组装协调起来。

番茄叶毛中的隐秘开关

研究人员检索了番茄的基因表达数据，以寻找在相同组织中像酰糖合成基因一样强烈表达的调控基因。他们将注意力集中在名为 WRINKLED3（SlWRI3）的基因上，该基因属于一个已知在种子和花中管理脂肪生成的家族。他们证明 SlWRI3 几乎仅在某些叶毛的顶端细胞中被开启，这与已知的酰糖产生部位一致。当他们使用基于病毒的沉默和基因编辑来降低或去除 SlWRI3 时，植物几种主要酰糖的产量显著下降，证明该基因对维持正常的防御涂层是必要的。

同时调控燃料供应与毒素构建的控制器

为了解 SlWRI3 的作用，团队检查了在缺失 SlWRI3 时哪些基因的活性发生变化，以及 SlWRI3 蛋白在 DNA 上的结合位点。他们发现 SlWRI3 直接激活一种称为乙酰辅酶 A 羧化酶（acetyl‑CoA carboxylase）复合体的组成部分，该复合体将简单的二碳单元转化为丙二酰‑CoA（malonyl‑CoA），这是合成脂肪链的关键起始模块。在缺失 SlWRI3 的突变体中，丙二酰‑CoA 和若干脂肪酸的水平下降，证实了用于酰糖侧链的燃料供应不足。同时，SlWRI3 还结合并激活 SlASAT1 基因——负责将这些脂肪链连接到蔗糖以形成酰糖核心的首个酶。这表明 SlWRI3 协调了构件的产生与酰糖组装的第一步。

茄科家族中的共同策略

酰糖存在于许多茄科近缘物种中，从野生番茄到黑夜荼草和矮牵牛，这表明该防御系统具有古老起源。研究人员在这些物种中鉴定出与 WRI3 相近的基因，并发现它们也主要在腺毛中高表达，这不同于缺乏此类腺毛的模式植物拟南芥。当他们在两种野生物种中部分沉默 WRI3 近缘基因时，那里的酰糖水平也下降。基因序列相似、毛特异性表达与功能共享的这种模式，指向了一个进化转换：一个控制基础脂肪代谢的调控子被重新利用，用以管理一种专门的化学屏障。

对未来抗虫农作物的意义

总体而言，这项研究表明 SlWRI3 在番茄叶毛中充当核心管理者，将日常的脂肪化学与定制的酰糖生产连接起来，从而阻止昆虫取食。通过同时开启上游脂肪构建模块的供应和酰糖组装的早期步骤，它有助于确保植物在最需要的部位具备强有力的化学防御。从长远看，这一知识可为育种或基因策略提供依据，提升番茄及其他作物基于天然酰糖的抗性，成为对抗害虫的额外工具。

引用: He, Q., Zheng, J., Jin, J. et al. Functional diversification of WRINKLED3 integrates fatty acid metabolism with insecticidal acylsugar production in Solanaceae species. Nat Commun 17, 4465 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70439-7

关键词: 番茄防御, 酰糖, 腺毛, 脂肪酸代谢, 茄科