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为广泛调动科技工作者的积极性和创造性,全面反映湖北科技发展成就,营造良好的科技创新氛围,省科协组织开展了“2023年度湖北十大科技进展”遴选活动。经全省学会,高校、科研院所和企业科协等多渠道推荐,专家评审、院士投票、公示,确定“人体肺部气体多核磁共振成像装备”等十项科技进展为2023年度湖北十大科技进展。
发布日期:2024-04-09 来源:湖北省科协
稻飞虱是我国水稻生产的头号害虫,年发生面积达4-5亿亩次,常常造成严重的产量和经济损失。培育和种植抗褐飞虱水稻品种是绿色防治褐飞虱、确保水稻生产安全的有效途径。然而,水稻如何抗虫的分子机理一直不明,阻碍了抗虫品种的培育。
武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室何光存教课题组,研究揭示了水稻抗褐飞虱分子机制,对于培育高产、抗虫水稻品种具有重要意义。
何光存介绍,在最新研究中,经过筛选鉴定了首个被植物抗虫蛋白识别的昆虫效应子BISP(BPH14-Interacting Salivary Protein),并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作系统精细调控水稻抗虫反应的分子机制。
何光存说,褐飞虱取食时,BISP随唾液分泌进入水稻细胞。在感虫水稻中,BISP与水稻细胞质激酶OsRLCK185结合干扰其激酶活性、抑制水稻的防御反应,于是对于褐飞虱来说,感虫水稻变得更为脆弱、更易于取食。而在含有Bph14基因的抗虫水稻中,BISP进入细胞后立即与BPH14发生特异性结合,从而被BPH14识别,激发强烈的抗虫反应,“被激发出抗虫反应的水稻,褐飞虱取食艰难了,取食下降、生长受阻、死亡率上升,从而阻止褐飞虱的侵害。”
但同时,高表达的BISP会持续激活BPH14,被激发出抗虫反应的水稻产生更强的抗虫性,其生长也会受到严重影响,比如出现植株变矮、抽穗期提前、产量下降等问题。因此植物必须精细调控BISP蛋白量、控制植物抗性在一定水平,达到生长与抗性的平衡,才能维持水稻正常生长。
何光存团队还发现,在Bph14水稻中BPH14促进BISP与选择性自噬受体OsNBR1互作,OsNBR1与ATG8结合,激活细胞自噬并降解BISP。BISP的降解伴随着抗虫反应的减弱直至终止,最终水稻恢复正常生长。BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作自我调节寄主植物抗虫性,在分子层面展示了褐飞虱与水稻的互作。BPH14在识别BISP激发抗虫反应、三蛋白互作调控、自噬清除BISP的过程中具有至关重要的作用。
30年来,何光存课题组致力于水稻抗褐飞乱基因发掘、种质创新和育种应用研究,取得了列具有重要国际影响的成果: 成功克隆了世界首个水稻抗褐飞乱基因,并持续克隆出全球最多的抗虫基因,占全世界的 64.7%, 奠定了水稻抗褐飞乱育种的关键基础,占领了国际抗虫基因研究与利用的制高点;鉴定了国际上第一个被植物受体蛋白识别的昆虫效应子, 揭示了水稻抗褐飞乱分子机理以及信号传导途径, 解析了朋朊质沉积和细胞壁加厚的抗褐飞虱机制;创建高效野生稻基因利用技术,创制了国内第一份、也是应用最广泛的抗褐飞虱新种质 B5,利用农家品种资源创制了一系列高抗褐飞虱的恢复系和粳稻新种质,为抗褐飞虱新品种培育提供了 急需的育种资源;开发抗褐飞虱基因功能性DNA分子标记,创建了水稻抗褐飞虱分子育种技术体系,为抗褐飞虱新品种培育提供了技术支撑,推动我国抗褐飞虱水稻育种实现零的突破并进入国际领先行列, 协助培育出 40 多个高抗、高产、优质新品种在生产中大面积应用。
对于未来,何光存说,我们弄清楚了三种蛋白互作调控植物抗虫反应分子机制,提出了在不降低产量的前提下实现抗虫育种的新策略,这就如同发现了一种天然“疫苗”,可让水稻很好地抵抗褐飞虱的攻击,又不伤害到自己。下一步,由育种专家通过杂交的手段,让更多水稻品种拥有这种“打疫苗”的效果。“水稻育种需要的时间比较长,此外还需要一个推广的过程,我认为经过十年努力,应该能摘掉褐飞虱‘水稻首要害虫’的帽子。”何光存说。