近日，浙江省农业科学院与浙江大学联合在国际权威期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）上在线发表题为“A vetiver-specific terpene synthase VzTPS9 contributes to the high attractiveness of vetiver to rice stem borer”的研究成果，该研究首次揭示了香根草引诱水稻害虫二化螟的分子机制。
香根草Vetiveriazizanioides，为禾本科香根草属的多年生草本植物，主要分布于东南亚和非洲各国，可提炼精油、修复土壤，还可用作能源作物。出人意料的是，研究团队前期发现香根草对列入我国《一类农作物病虫害名录》的水稻害虫二化螟具有极强的引诱效果。
香根草能强烈吸引水稻二化螟产卵，但二化螟幼虫在香根草上不能完成世代而死亡，具有诱杀效果，从而显著降低田间螟虫种群数量。以香根草为核心的生态防控技术已成为防控水稻螟虫的重要措施之一，2013年起被全国农技中心列为水稻绿色防控主推技术，多次列入全国农业主推技术，2023年被列入全国100项重大农业科技成果之一。研究成果“应用诱集植物香根草控制水稻二化螟技术” 荣获2023年“泰国国王香根草奖”。
栖息在香根草上的二化螟
在田边种植的香根草被螟虫为害状
该论文研究发现，倍半萜类化合物雪松醇等占总挥发物含量的12.15%，对二化螟具有明显的引诱效果。为进一步解析香根草合成高浓度雪松醇的机制，研究团队组装了香根草染色体水平的基因组测序（基因组大小为894.8Mb，Scaffold N50达82.3Mb）。基因组和转录组等组学数据分析发现，相较于近缘禾本科植物，香根草的萜类合成通路基因家族显著扩张，萜类化合物合成通路中的VzAACT1和VzFPPS1基因在香根草茎部高表达，提高了倍半萜化合物前体物质法尼基焦磷酸酯（farnesyl pyrophosphate）的合成含量。
香根草通过VzTPS9介导合成二化螟引诱挥发物的分子机制
通过系统进化分析和功能验证，发现香根草特有的TPS-b亚家族成员VzTPS9催化FPP转化为雪松醇，重组VzTPS9蛋白在体外酶活缓冲液中可将FPP转化为雪松醇。将VzTPS9转入"日本晴"水稻中，获得VzTPS9表达量提升5500倍的C1J104015株系。GC-MS检测发现，其叶片雪松醇含量提升8.5%对雌蛾吸引率提升至69.7%。
该研究首次阐明香根草通过特有的VzTPS9合成更高剂量的雪松醇，提升对二化螟引诱效果的分子机制，揭示了其作为高效诱虫植物的生态基因组学基础，为开发基于香根草的二化螟防控策略提供了理论依据，为进一步挖掘其他同类型诱集植物和引诱物质的生物合成提供新的思路。
浙江省农业科学院和浙江大学联合培养的博士研究生李强、浙江大学贺康副研究员为共同第一作者，浙江大学李飞教授、浙江省农业科学院吕仲贤研究员和徐红星研究员为共同通讯作者，浙江省农科院鲁艳辉副研究员、郑许松副研究员和浙江大学何冰冰等参与了本项目研究工作。本研究得到国家重点研发计划（2023YFD1400800）与浙江省重点研发计划（2020C02001）等项目的支持。