浙江大学鉴定并揭示一个水稻感虫基因的作用机理及应用潜力

作者：浙江大学 2024/9/13 14:07:48

植物和植食性昆虫在长期进化过程中已经发展出复杂的互作关系。一方面，植物通过识别植食性昆虫为害信号，启动相关的早期信号事件以及植物激素介导的防御信号网络，从而产生特异性防御反应。另一方面，植食性昆虫通过分泌效应子或化学因子，抑制植物防御反应或诱导植物敏感性，从而提高其自身适合度。迄今为止，有关植物病原菌通过调控植物感病基因降低植物抗病性已有很多研究报道，然而，对于与植食性昆虫相关的植物感虫基因则了解

植物和植食性昆蟲在長期進化過程中已經發展出復雜的互作關系。一方面，植物通過識別植食性昆蟲為害信號，啟動相關的早期信號事件以及植物激素介導的防御信號網絡，從而產生特異性防御反應。另一方面，植食性昆蟲通過分泌效應子或化學因子，抑制植物防御反應或誘導植物敏感性，從而提高其自身適合度。迄今為止，有關植物病原菌通過調控植物感病基因降低植物抗病性已有很多研究報道，然而，對于與植食性昆蟲相關的植物感蟲基因則了解很少。

2024年9月9日，浙江大學農學院婁永根教授團隊在Nature Food期刊上發表題為“Identification and knockout of a herbivore susceptibility gene enhances planthopper resistance and increases rice yield”的研究論文，發現水稻的富亮氨酸重復序列基因OsLRR2是一個感蟲基因，并揭示了其在調控水稻抗性和產量中的作用與機理以及在生產上的應用潛力。

該研究發現，OsLRR2的轉錄水平受褐飛虱產卵雌成蟲為害的強烈誘導，并且其轉錄水平與水稻抗蟲性負相關。機理研究表明，OsLRR2可與定位于植物細胞質膜上的共受體OsSERK1和OsSERK2互作，從而干擾共受體與防御相關模式識別受體（OsPEPR1、OsFLS2）和生長相關受體（OsBRI1）之間復合體的形成，阻礙水稻的防御反應和生長發育。室內與田間試驗表明，敲除OsLRR2顯著增強水稻對稻飛虱和稻瘟病的抗性及其對細菌激發子flg22的響應，并顯著提高水稻產量（不防治病蟲害時，增產約25%；防治時，增產13~18%）。這些結果表明，專食性害蟲稻飛虱可以通過調控水稻（特別是感蟲品種）的感蟲基因而提高水稻的敏感性，從而為自身服務。研究結果也揭示了利用適當感蟲基因提高水稻抗性和產量的潛力。

浙江大學博士后蒯鵬與博士生林娜為本論文的共同第一作者，浙江大學婁永根教授與英國紐卡斯爾大學Gatehouse A.M.R.教授為該論文的共同通訊作者。本研究受到國家自然科學基金（31930091和32202396），農業生物育種（2022ZD0400301-3）和現代農業產業技術體系（CARS-01-43）等項目的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43016-024-01044-4