中大新聞網訊（通訊員肖仕）稻飛虱因其遷飛性、突發性和猖獗性等特性，是亞洲水稻產區危害最大的害蟲。在長久進化過程中，水稻和稻飛虱之間協同進化，一方面褐飛虱從形態、生理、行為、分子和遺傳等方面逐步適應并克服水稻防御；另一方面，水稻針對稻飛虱危害特性也演化出特定的防御機制。研究表明，植物激素茉莉素（JA）在水稻對稻飛虱的防御反應中發揮關鍵作用，但具體作用機制不清楚。
中山大學生命科學學院植物逆境生物學方向肖仕教授課題組利用分子遺傳和代謝組學技術，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介導稻飛虱響應的下游代謝物。JA信號轉錄因子OsMYC2通過直接激活OsCsLF6基因的表達，促進MLG積累，進而提升水稻對稻飛虱的抗性。過表達MLG合成酶關鍵基因OsCslF6能促進維管束組織的細胞壁增厚，從而顯著增強水稻對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胞壁厚度，對稻飛虱也異常敏感（圖1）。
圖1. MLGs增強水稻維管束細胞壁厚度和稻飛虱抗性
進一步研究表明，MLG特異性寡聚糖還能夠與褐飛虱應答激酶OsLecRK1在體外高親和度結合，并增強其激酶活性。通過對OsCslF6-OE oslecrk1/3雙轉基因材料的遺傳分析發現，水稻OsLecRK1基因缺失突變體oslecrk1/3可部分回補OsCsLF6過表達株系對稻飛虱“高抗”的表型。因此，水稻茉莉素信號可能通過OsMYC2-OsCslF6分子模塊調控MLG合成，同時增強維管束細胞壁厚度和激活受體激酶OsLecRK1的活性，來響應包括稻飛虱在內等水稻害蟲的取食，從而獲得廣譜抗蟲性。同時，該研究通過對上千份水稻種質資源的褐飛虱抗性篩查中還發現，OsCslF6基因啟動子上的AT-rich結構域在不同區域水稻品種中存在自然變異，且SNP中AA型水稻種質對稻飛虱的抗蟲性呈現顯著的正相關（圖2），在此基礎上篩選獲得了多個對稻飛虱表現高抗的水稻新種質。該研究首次揭示了水稻通過JA-MLG-OsLecRK1信號鏈，協同調控水稻抗蟲性的作用機理（圖3），為水稻抗蟲分子遺傳育種提供了新的理論依據和基因資源。
圖2. OsCsLF6基因啟動子區域的SNP與稻飛虱抗性相關性分析
圖3. 水稻JA-OsMYC2-MLGs調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日在學術期刊Plant Biotechnology Journal在線發表。中山大學為該成果的第一完成單位。該研究受到廣東省重點研發計劃項目、國家自然科學基金區域創新發展聯合基金重點支持項目等經費資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14038
