肖仕教授团队揭示水稻茉莉素调控稻飞虱抗性的作用机理

 稻飞虱因其迁飞性、突发性和猖獗性等特性，是亚洲水稻产区危害最大的害虫。在长久进化过程中，水稻和稻飞虱之间协同进化，一方面褐飞虱从形态、生理、行为、分子和遗传等方面逐步适应并克服水稻防御；另一方面，水稻针对稻飞虱危害特性也演化出特定的防御机制。研究表明，植物激素茉莉素（JA）在水稻对稻飞虱的防御反应中发挥关键作用，但具体作用机制不清楚。

         白菜官网植物逆境生物学方向肖仕教授课题组利用分子遗传和代谢组学技术，筛选到禾本科植物特异性代谢物β-1,3;1,4-D-葡聚糖（Mixed-linkage β-1,3;1,4-D-glucan，MLG）是水稻JA介导稻飞虱响应的下游代谢物。JA信号转录因子OsMYC2通过直接激活OsCsLF6基因的表达，促进MLG积累，进而提升水稻对稻飞虱的抗性。过表达MLG合成酶关键基因OsCslF6能促进维管束组织的细胞壁增厚，从而显著增强水稻对褐飞虱和白背飞虱的广谱抗性；而OsCslF6的CRISPR-Cas9敲除株系则降低维管束组织的细胞壁厚度，对稻飞虱也异常敏感（图1）。

图1. MLGs增强水稻维管束细胞壁厚度和稻飞虱抗性

         进一步研究表明，MLG特异性寡聚糖还能够与褐飞虱应答激酶OsLecRK1在体外高亲和度结合，并增强其激酶活性。通过对OsCslF6-OE oslecrk1/3双转基因材料的遗传分析发现，水稻OsLecRK1基因缺失突变体oslecrk1/3可部分回补OsCsLF6过表达株系对稻飞虱“高抗”的表型。因此，水稻茉莉素信号可能通过OsMYC2-OsCslF6分子模块调控MLG合成，同时增强维管束细胞壁厚度和激活受体激酶OsLecRK1的活性，来响应包括稻飞虱在内等水稻害虫的取食，从而获得广谱抗虫性。同时，该研究通过对上千份水稻种质资源的褐飞虱抗性筛查中还发现，OsCslF6基因启动子上的AT-rich结构域在不同区域水稻品种中存在自然变异，且SNP中AA型水稻种质对稻飞虱的抗虫性呈现显著的正相关（图2），在此基础上筛选获得了多个对稻飞虱表现高抗的水稻新种质。该研究首次揭示了水稻通过JA-MLG-OsLecRK1信号链，协同调控水稻抗虫性的作用机理（图3），为水稻抗虫分子遗传育种提供了新的理论依据和基因资源。

图2. OsCsLF6基因启动子区域的SNP与稻飞虱抗性相关性分析

图3. 水稻JA-OsMYC2-MLGs调控稻飞虱抗性的工作模式图

        该论文“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日在学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表。2023白菜网址官网大全为该成果的第一完成单位。该论文研究受到广东省重点研发计划项目、国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目等经费资助。

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