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    褐飛虱是水稻生產(chǎn)中最嚴(yán)重的害蟲。褐飛虱用針狀口器刺入水稻葉鞘組織吸食韌皮部汁液，造成水稻的嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收。種植抗性品種是綜合防控褐飛虱的基礎(chǔ)……

    最近，武漢大學(xué)何光存教授課題組在MolecularPlant在線發(fā)表了題為"Bph30 confers resistance tobrown planthopper by fortifying sclerenchyma in rice leaf sheath"的研究論文。該論文成功克隆了水稻抗褐飛虱新基因Bph30，揭示了水稻抗褐飛虱的一種新機(jī)制，并為抗褐飛虱水稻育種提供了新的優(yōu)異抗蟲基因資源。

    該研究首先對(duì)褐飛虱取食行為與水稻葉鞘組織特點(diǎn)進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在水稻葉鞘表面上有平滑區(qū)和粗糙區(qū)呈相間分布，分別與葉鞘內(nèi)部的維管束和通氣腔相對(duì)應(yīng)。褐飛虱取食時(shí)通過口器在葉鞘表皮上探查合適的取食部位，選擇在平滑柔軟區(qū)將口針刺入水稻組織，然后穿過其下的厚壁組織直接進(jìn)入維管束，最后到達(dá)韌皮部并取食。該研究通過圖位法克隆了農(nóng)家品種中的抗褐飛虱基因Bph30（圖1）。

    發(fā)現(xiàn)Bph30基因在水稻葉鞘厚壁組織細(xì)胞中高表達(dá)，并上調(diào)厚壁組織細(xì)胞中纖維素和半纖維素合成相關(guān)基因的表達(dá)，增加了纖維素和半纖維素在厚壁組織細(xì)胞壁中的積累，進(jìn)而增加厚壁組織厚度及細(xì)胞壁的硬度。對(duì)褐飛虱取食鞘觀察結(jié)果顯示，在含有Bph30的水稻葉鞘中褐飛虱口器難以穿刺厚壁組織到達(dá)韌皮部（圖2）。這些結(jié)果表明抗蟲水稻通過Bph30基因強(qiáng)化厚壁組織，形成了一道堅(jiān)固的屏障阻止褐飛虱取食韌皮部汁液。

    該研究還顯示Bph30廣譜褐飛虱和白背飛虱。Bph30是一個(gè)完全顯性的抗蟲基因，帶有Bph30的近等基因系與不抗蟲的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及光溫敏核不育系配置的F1雜種，與近等基因系一樣高抗褐飛虱（圖3）。Bph30基因編碼一個(gè)含有兩個(gè)leucine-rich domains（LRDs）的蛋白，屬于一個(gè)新的抗飛虱基因家族。該研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析克隆了該家族中的另一個(gè)成員Bph40，同樣具有很好的抗性。

    武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生石少階，王卉穎和碩士研究生聶凌云為該論文的共同第一作者，何光存教授為通訊作者。武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院薛龍建教授團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成了水稻葉鞘細(xì)胞的力學(xué)特性分析，美國加州大學(xué)Linda Walling教授也參與了研究。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目和國家相關(guān)項(xiàng)目的資助。