6月14日，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何光存教授課題組在國際頂級期刊Nature《自然》發(fā)表長文（article），揭示了水稻抗褐飛虱分子機(jī)制。

論文題為“A tripartite rheostat controls self-regulated host-plant resistance to insect”（《三蛋白互作自我調(diào)節(jié)寄主植物抗蟲性》）。本研究首次鑒定了一個(gè)被植物免疫受體蛋白識別的昆蟲效應(yīng)子BISP，并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1互作精細(xì)調(diào)控水稻抗蟲反應(yīng)的分子機(jī)制，對于培育高產(chǎn)、抗蟲水稻品種具有重要意義。

(資料圖片僅供參考)

何光存教授

該項(xiàng)研究得到了多項(xiàng)基金的資助。武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后郭建平、博士生王卉穎和關(guān)偉為共同第一作者，何光存為通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)院士、武漢大學(xué)朱玉賢院士、美國加州大學(xué)河邊分校Walling教授及課題組成員參加了該項(xiàng)研究。

褐飛虱是水稻生產(chǎn)中發(fā)生面積最大、造成損失最重的害蟲，嚴(yán)重危害我國及世界水稻生產(chǎn)。培育抗蟲品種是最經(jīng)濟(jì)、有效、環(huán)境友好的防治害蟲的手段，但植物抗蟲的分子機(jī)理卻一直不明。

何光存教授課題組

何光存課題組篩選獲得了褐飛虱唾液蛋白BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），第一次揭開了害蟲取食與植物反取食的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，BISP在褐飛虱唾液腺中高表達(dá)，褐飛虱取食時(shí)隨唾液分泌進(jìn)入水稻細(xì)胞。在感褐飛虱水稻中，BISP靶向水稻細(xì)胞質(zhì)激酶OsRLCK185，干擾其激酶活性，抑制水稻的基礎(chǔ)防御反應(yīng)，使植株更易于褐飛虱取食。課題組前期克隆了抗褐飛虱基因Bph14。該基因編碼的NLR受體BPH14，賦予水稻對褐飛虱的高抗性。在含有Bph14基因的抗蟲水稻（Bph14水稻）中，BISP進(jìn)入細(xì)胞后立即與BPH14發(fā)生特異性結(jié)合而被識別，激發(fā)強(qiáng)烈的抗蟲反應(yīng)，使褐飛虱取食下降、生長受阻、死亡率上升，從而阻止了褐飛虱的侵害。

在本研究中，當(dāng)Bph14水稻中異位表達(dá)BISP（Bph14-Bisp水稻）時(shí)，超量表達(dá)的BISP會持續(xù)激活BPH14介導(dǎo)的抗性反應(yīng)，Bph14-Bisp水稻產(chǎn)生更強(qiáng)的抗蟲性。但與Bph14水稻相比，Bph14-Bisp水稻的生長發(fā)育卻受到嚴(yán)重影響：植株變矮、抽穗期提前，產(chǎn)量下降。說明強(qiáng)抗性的持續(xù)激活不利于植物生長發(fā)育，抗性水平需要精細(xì)調(diào)控才能維持植物生長和抗性的平衡。

BISP調(diào)控水稻免疫反應(yīng)工作模式圖

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水稻細(xì)胞中同時(shí)表達(dá)BPH14和BISP時(shí)，BPH14能促進(jìn)BISP與選擇性自噬受體OsNBR1互作，而OsNBR1則與ATG8結(jié)合介導(dǎo)了BISP的自噬降解，從而將BISP蛋白量和植物抗性控制在一定的水平。BPH14在識別BISP激發(fā)抗蟲反應(yīng)、三蛋白互作調(diào)控自噬清除BISP的過程中具有至關(guān)重要的作用。害蟲取食時(shí)，抗蟲水稻產(chǎn)生的抗性作用使害蟲停止取食后，BPH14-BISP-NBR1三蛋白互作系統(tǒng)能快速清除水稻細(xì)胞內(nèi)存留的BISP，終止抗性反應(yīng)，使細(xì)胞盡快恢復(fù)生長。Bph14水稻細(xì)胞內(nèi)的BISP水平在6h內(nèi)顯著降低，36h被完全降解，抗蟲反應(yīng)隨之減弱直至終止。而在OsNBR1敲除植株（Bph14-Osnbr1）中，BISP蛋白留存量及抗性反應(yīng)則長時(shí)間維持在一個(gè)高水平。BPH14通過自噬降解BISP，有效控制水稻細(xì)胞中的BISP及抗性水平，保持抗蟲性與生長發(fā)育之間的平衡。這一新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)是植物抗蟲領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

何光存教授團(tuán)隊(duì)首次闡明BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作調(diào)控植物抗蟲反應(yīng)分子機(jī)制，提出了在不降低產(chǎn)量的前提下實(shí)現(xiàn)抗蟲育種的新策略，對水稻抗蟲高產(chǎn)育種具有重要意義。

（長江云新聞記者 吳寶洪 通訊員 吳江龍）

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