1. 研究作者及机构、发表期刊和时间

本研究由Lin Sun、Muna Alariqi、Yaxin Wang等多名作者共同完成，主要研究机构包括Hubei Hongshan Laboratory、National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement、Huazhong Agricultural University等。该研究于2023年发表在Advanced Science期刊上，文章编号为10.1002/advs.202306157。

2. 学术背景与研究目的

棉花是全球重要的经济作物，但虫害问题严重影响了其产量和质量。尽管转基因Bt棉花（表达苏云金芽孢杆菌毒素的棉花）在控制鳞翅目害虫方面取得了显著成效，但对大多数刺吸式害虫（如蚜虫、粉虱等）无效。近年来，刺吸式害虫在中国棉田中的危害日益严重，亟需开发新的抗虫策略。本研究旨在通过高通量CRISPR/Cas9系统构建棉花内源性抗虫基因的突变体库，并从中筛选出广谱抗虫基因，以期为棉花抗虫育种提供新的基因资源。

3. 研究流程

3.1 突变体库的构建

研究团队设计了一个包含968个单导向RNA（sgRNA）的质粒库，靶向502个与棉花抗虫相关的基因。通过农杆菌介导的遗传转化，成功获得了约2000株T0代转基因棉花植株，基因组编辑效率高达97.29%，且编辑的遗传效率达到84.78%。

3.2 突变体的筛选与鉴定

从突变体库中随机选取200个T1代株系进行昆虫生物测定，筛选出10%的株系表现出潜在的抗虫表型。进一步研究发现，GhMLP423基因的敲除导致棉花对害虫的敏感性增加，而过表达该基因则显著增强了棉花的抗虫能力。

3.3 抗虫机制研究

研究发现，GhMLP423通过激活水杨酸（SA）和病程相关（PR）基因的系统性获得性抗性（SAR）来增强植物的抗虫能力。这一过程由细胞质钙离子（[Ca2+]cyt）通量升高引发的活性氧（ROS）信号传导所介导。此外，蛋白-蛋白相互作用实验表明，GhMLP423与人类表皮生长因子受体底物15（EPS15）蛋白在细胞膜上相互作用，共同调控Ca2+和ROS的系统性传播，从而诱导SAR。

4. 主要结果

4.1 突变体库的构建与评估

通过高通量CRISPR/Cas9系统，研究团队成功构建了一个包含502个基因的突变体库，编辑效率高达97.29%。T1代植株的编辑遗传效率平均为84.78%，表明该突变体库具有高效的遗传稳定性。

4.2 抗虫基因的筛选

通过昆虫生物测定，研究团队筛选出多个与抗虫相关的突变体，其中GhMLP423基因的敲除导致棉花对害虫的敏感性显著增加，而过表达该基因则显著增强了棉花的抗虫能力。

4.3 抗虫机制解析

研究发现，GhMLP423通过激活Ca2+和ROS信号传导，诱导SAR反应，从而增强植物的抗虫能力。此外，GhMLP423与EPS15蛋白的相互作用进一步揭示了其在植物抗虫防御中的重要作用。

5. 结论与意义

本研究通过高通量CRISPR/Cas9系统成功构建了棉花内源性抗虫基因的突变体库，并筛选出广谱抗虫基因GhMLP423。该基因通过激活Ca2+和ROS信号传导，诱导SAR反应，从而增强植物的抗虫能力。这一发现不仅为棉花抗虫育种提供了新的基因资源，还为植物抗虫机制的研究提供了新的视角。

6. 研究亮点

• 高通量CRISPR/Cas9系统：本研究成功构建了一个包含502个基因的突变体库，编辑效率高达97.29%，为多倍体植物的功能基因组学研究提供了高效策略。
• 广谱抗虫基因GhMLP423：研究发现GhMLP423通过激活Ca2+和ROS信号传导，诱导SAR反应，从而增强植物的抗虫能力。
• 蛋白-蛋白相互作用：GhMLP423与EPS15蛋白的相互作用揭示了其在植物抗虫防御中的重要作用，为植物抗虫机制的研究提供了新的线索。

7. 其他有价值的内容

本研究还探讨了GhMLP423基因在棉花进化与驯化中的作用，发现该基因在棉花抗虫进化过程中被选择和保留。此外，研究还揭示了Ca2+和ROS信号在植物抗虫防御中的重要作用，为进一步研究植物抗虫机制提供了新的方向。

综上所述，本研究通过高通量CRISPR/Cas9系统构建了棉花内源性抗虫基因的突变体库，并筛选出广谱抗虫基因GhMLP423，为棉花抗虫育种和植物抗虫机制的研究提供了重要的科学依据。