本網(wǎng)訊 茶樹(shù)經(jīng)常受到咀嚼式害蟲(chóng)的危害導(dǎo)致產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失，目前已有的人工監(jiān)測(cè)茶園病蟲(chóng)害方式耗時(shí)耗力、一些機(jī)器學(xué)習(xí)的模型泛化能力差無(wú)法對(duì)大面積覆蓋率茶樹(shù)冠層水平的小目標(biāo)損傷進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，因此建立一種茶樹(shù)冠層水平小目標(biāo)損傷的檢測(cè)模型尤為重要。此外，越來(lái)越多的研究人員推薦使用植物活性物質(zhì)制劑防控病蟲(chóng)害問(wèn)題，因此，建立一種有效的方式用來(lái)預(yù)測(cè)和篩選潛在的防御性化合物對(duì)茶葉品質(zhì)提升和茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極意義。
近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室夏濤課題組Plant Cell & Environment在線(xiàn)發(fā)表了題為“Deep learning and targeted metabolomics‐based monitoring of chewing insects in tea plants and screening defense compounds”的研究論文，結(jié)合深度學(xué)習(xí)與靶向代謝組學(xué)監(jiān)測(cè)茶園中茶樹(shù)冠層水平受咀嚼式害蟲(chóng)為害的損傷程度，并從中篩選出潛在的防御性化合物，對(duì)可能的防御性化合物合成的相關(guān)基因做了功能分析。該研究為有效監(jiān)測(cè)茶樹(shù)害蟲(chóng)為害程度及篩選綠色防御化合物提供了重要的參考價(jià)值和應(yīng)用前景。
為了有效識(shí)別茶樹(shù)冠層水平的小目標(biāo)損傷以及實(shí)現(xiàn)模型的高性能，課題組基于TPH-YOLOv5算法對(duì)上千個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了模型訓(xùn)練，最終構(gòu)建了一個(gè)茶樹(shù)冠層水平小目標(biāo)損傷的監(jiān)測(cè)模型，通過(guò)將人工標(biāo)記圖像的結(jié)果與模型預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)該模型在識(shí)別茶樹(shù)冠層水平的損傷是有效的。隨后，使用該模型對(duì)茶園中不同茶樹(shù)品種的冠層水平損傷程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較，結(jié)合靶向代謝組學(xué)，利用OPLS對(duì)酚類(lèi)代謝物進(jìn)行聚類(lèi)，并分析了損傷程度與代謝物之間的相關(guān)性，從中篩選出一種潛在的防御性化合物—EC-CA。
為了探索茶樹(shù)咀嚼式害蟲(chóng)對(duì)EC-CA是否具有拒食效果，分別將表兒茶素的羥基肉桂酰基化產(chǎn)物EC-CA、沒(méi)食子酰基化產(chǎn)物ECG以及底物EC分別涂抹到茶樹(shù)葉片表面，引入灰茶尺蠖比較取食情況，結(jié)果顯示相比較ECG和EC，灰茶尺蠖對(duì)EC-CA具有更明顯的拒食性，表明EC-CA對(duì)茶樹(shù)咀嚼式害蟲(chóng)具有一定的抑制效果。那么EC-CA是怎么合成的？根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，BAHD酰基轉(zhuǎn)移酶家族Vb分支成員HCTs具有底物混雜性，可以催化羥基、胺基形成酯或者酰胺等物質(zhì)，由此推測(cè)其也可催化表兒茶素的羥基肉桂?；纬蒃C-CA。組織表達(dá)差異與誘導(dǎo)表達(dá)差異顯示CsHCTs與EC-CA的積累模式一致。體外酶學(xué)實(shí)驗(yàn)表明CsHCTs的確可以有效催化EC-CA的合成。通過(guò)基因的反義寡核苷酸實(shí)驗(yàn)表明咖啡酰莽草酸、綠原酸和表兒茶素咖啡酸酯都是CsHCTs的產(chǎn)物。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的茶樹(shù)葉片瞬時(shí)遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，分別將對(duì)照及含有目的基因的農(nóng)桿菌注射到茶樹(shù)枝條中，比較灰茶尺蠖的取食情況，結(jié)果顯示瞬時(shí)過(guò)表達(dá)CsHCTs的茶樹(shù)葉片中三種產(chǎn)物含量均增加，且受到灰茶尺蠖的取食更少，表明瞬時(shí)過(guò)表達(dá)CsHCTs的茶樹(shù)葉片對(duì)灰茶尺蠖具有一定的抵抗效果。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳一凡博士為本論文第一作者，夏濤教授和高麗萍教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
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https://doi.org/10.1111/pce.14749
