中大新聞網(wǎng)訊（通訊員肖仕）稻飛虱因其遷飛性、突發(fā)性和猖獗性等特性，是亞洲水稻產(chǎn)區(qū)危害最大的害蟲(chóng)。在長(zhǎng)久進(jìn)化過(guò)程中，水稻和稻飛虱之間協(xié)同進(jìn)化，一方面褐飛虱從形態(tài)、生理、行為、分子和遺傳等方面逐步適應(yīng)并克服水稻防御；另一方面，水稻針對(duì)稻飛虱危害特性也演化出特定的防御機(jī)制。研究表明，植物激素茉莉素（JA）在水稻對(duì)稻飛虱的防御反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但具體作用機(jī)制不清楚。

中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物逆境生物學(xué)方向肖仕教授課題組利用分子遺傳和代謝組學(xué)技術(shù)，篩選到禾本科植物特異性代謝物β-1,3;1,4-D-葡聚糖（Mixed-linkage β-1,3;1,4-D-glucan，MLG）是水稻JA介導(dǎo)稻飛虱響應(yīng)的下游代謝物。JA信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子OsMYC2通過(guò)直接激活OsCsLF6基因的表達(dá)，促進(jìn)MLG積累，進(jìn)而提升水稻對(duì)稻飛虱的抗性。過(guò)表達(dá)MLG合成酶關(guān)鍵基因OsCslF6能促進(jìn)維管束組織的細(xì)胞壁增厚，從而顯著增強(qiáng)水稻對(duì)褐飛虱和白背飛虱的廣譜抗性；而OsCslF6的CRISPR-Cas9敲除株系則降低維管束組織的細(xì)胞壁厚度，對(duì)稻飛虱也異常敏感（圖1）。

圖1. MLGs增強(qiáng)水稻維管束細(xì)胞壁厚度和稻飛虱抗性

進(jìn)一步研究表明，MLG特異性寡聚糖還能夠與褐飛虱應(yīng)答激酶OsLecRK1在體外高親和度結(jié)合，并增強(qiáng)其激酶活性。通過(guò)對(duì)OsCslF6-OE oslecrk1/3雙轉(zhuǎn)基因材料的遺傳分析發(fā)現(xiàn)，水稻OsLecRK1基因缺失突變體oslecrk1/3可部分回補(bǔ)OsCsLF6過(guò)表達(dá)株系對(duì)稻飛虱“高抗”的表型。因此，水稻茉莉素信號(hào)可能通過(guò)OsMYC2-OsCslF6分子模塊調(diào)控MLG合成，同時(shí)增強(qiáng)維管束細(xì)胞壁厚度和激活受體激酶OsLecRK1的活性，來(lái)響應(yīng)包括稻飛虱在內(nèi)等水稻害蟲(chóng)的取食，從而獲得廣譜抗蟲(chóng)性。同時(shí)，該研究通過(guò)對(duì)上千份水稻種質(zhì)資源的褐飛虱抗性篩查中還發(fā)現(xiàn)，OsCslF6基因啟動(dòng)子上的AT-rich結(jié)構(gòu)域在不同區(qū)域水稻品種中存在自然變異，且SNP中AA型水稻種質(zhì)對(duì)稻飛虱的抗蟲(chóng)性呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)（圖2），在此基礎(chǔ)上篩選獲得了多個(gè)對(duì)稻飛虱表現(xiàn)高抗的水稻新種質(zhì)。該研究首次揭示了水稻通過(guò)JA-MLG-OsLecRK1信號(hào)鏈，協(xié)同調(diào)控水稻抗蟲(chóng)性的作用機(jī)理（圖3），為水稻抗蟲(chóng)分子遺傳育種提供了新的理論依據(jù)和基因資源。

圖2. OsCsLF6基因啟動(dòng)子區(qū)域的SNP與稻飛虱抗性相關(guān)性分析

圖3. 水稻JA-OsMYC2-MLGs調(diào)控稻飛虱抗性的工作模式圖

該論文“Poaceae-specific β-1,3;1,4-D-glucans link jasmonate signaling to OsLecRK1-mediated defense response during rice-brown planthopper interactions”，于3月23日在學(xué)術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal在線(xiàn)發(fā)表。中山大學(xué)為該成果的第一完成單位。該研究受到廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14038