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晋鹏

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[交流] [优秀文章推荐]Plant Cell 揭示水稻抗虫机制研究新进展已有1人参与

褐飞虱是水稻生产中的首要害虫。我国水稻每年发生褐飞虱的面积均在2亿亩次以上。挖掘和应用水稻抗褐飞虱基因、提高水稻品种抗虫性是防治褐飞虱的根本措施。国际上开展水稻抗褐飞虱基因研究已有40多年，定位了20个抗褐飞虱遗传位点，但均未得到克隆，水稻对褐飞虱的抗性机制也并不清楚。

本研究选择抗褐飞虱基因Bph14为主攻目标，紧紧把握抗虫鉴定准确性这一关键点，通过构建单基因分离群体进行多轮精细定位、构建抗虫水稻基因组文库进行物理图分析，将Bph14定位于34kb的基因组区段。通过候选基因转化感虫水稻以及RNAi转化抗虫水稻、抗性鉴定和功能分析，成功分离了抗褐飞虱基因Bph14。Bph14编码一个独特的具螺旋-螺旋（CC）、核结合位点（NB）和亮氨酸富集重复（LRR）基序的蛋白质，揭示了天然免疫在水稻抗褐飞虱中的重要作用。Bph14在水稻维管束周围的薄壁细胞中表达，并受褐飞虱取食诱导上调。Bph14基因激活水杨酸依赖的防御信号途径，诱导筛管和维管束细胞间胼胝质的沉积，从而抑制褐飞虱的取食、生长和存活率，产生显著的抗虫效应。Bph14是应用图位克隆法分离的第一个水稻抗虫基因，对于解明植物抗虫机理、培育抗褐飞虱水稻新品种具有重要意义。褐飞虱抗性蛋白BPH14的卷曲螺旋（CC）和核苷酸结合位点（NB）结构域可与WRKY转录因子相互作用以激活防御信号，从而抵抗褐飞虱的取食。

BPH14是水稻图位克隆分离的第一个褐飞虱抗性基因，其编码一种卷曲螺旋、核苷酸结合位点、富含亮氨酸重复（CC-NB-LRR）的蛋白质。最近已鉴定几个编码相似蛋白结构的褐飞虱和蚜虫抗性基因。本研究分析了BPH14蛋白结构域的功能以鉴定BPH14介导的抗褐飞虱的分子机制。单独或组合的CC和NB结构域（CC-NB [CN]）所产生的褐飞虱抗性水平与全长（FL）BPH14产生的结果相似。这两个结构域均可激活水杨酸信号通路及防御基因的表达。在水稻原生质体和烟草叶片中，这些结构域增加了活性氧的含量，而不引发细胞死亡。

另外，抗性结构域与FL BPH14蛋白形成同源复合体，此复合体可与转录因子WRKY46、WRKY72相互作用。在水稻原生质体中，FL BPH14或其CC、NB和CN结构域的表达增加了WRKY46、WRKY72的积累，同时增强了WRKY46与WRKY72依赖的反式激活活性。WRKY46和WRKY72可结合受体样细胞质激酶基因RLCK281和胼胝质合酶基因LOC_Os01g67364.1的启动子。以上结果为水稻抗虫机制研究提供了重要线索。

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