A ShbHLH34‐ShPUR Module Activates ShTPS1‐mediated β‐caryophyllene Biosynthesis for Insect Resistance in Sugarcane

萜类 夜蛾 生物合成 生物 生物化学 转录因子 法尼基二磷酸合酶 基因 代谢工程 抄写(语言学) 辅因子 代谢途径 ATP合酶 萜烯 植物 甲戊酸途径 昆虫 粘虫 植物对草食的防御 基因表达 次生代谢 细胞生物学
作者
赵悦含 ZHAO Yue-han,Ya‐xin Zhang,Lin Li,Ya‐li Wu,Hua‐Ying Fu,Honglin Feng,Wei Yao,San‐Ji Gao,Jinda Wang
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pce.70789
摘要

Terpenoids represent one of the largest and most structurally diverse classes of plant secondary metabolites, playing essential roles in defense against herbivorous insects. Despite their importance, the mechanisms regulating terpenoid biosynthesis remain largely unexplored. Here, in sugarcane, we identified and characterized a terpene synthase gene from Saccharum spp. Hybrids, ShTPS1, which is strongly induced by feeding from fall armyworm Spodoptera frugiperda and sugarcane stem borer Chilo infuscatellus. Enzymatic assays in vitro revealed that ShTPS1 catalyzes the biosynthesis of volatile terpenoid β-caryophyllene using substrate farnesyl diphosphate (FPP) and β-caryophyllene showed a strong repellent effect on S. frugiperda, Chilo infuscatellus larvae and Ceratovacuna lanigera. ShTPS1 overexpression in vivo in tobacco and sugarcane both significantly enhanced β-caryophyllene emission and dramatically reduced larval feeding preference. We further revealed that the basic helix-loop-helix transcription factor ShbHLH34 activates ShTPS1 transcription by binding to a G-box motif in its promoter. Notably, this ShbHLH34-mediated ShTPS1 transcription was significantly enhanced by a transcriptional cofactor purine-rich alpha ShPUR. Collectively, our findings establish the ShbHLH34/ShPUR-ShTPS1 regulatory module as a key mechanism underlying herbivore-induced terpenoid biosynthesis in sugarcane and provide promising molecular targets for breeding insect-resistant varieties through genetic improvement.
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