褐飞虱是水稻生产中最严重的害虫。褐飞虱用针状口器刺入水稻叶鞘组织吸食韧皮部汁液，造成水稻的严重减产甚至绝收。种植抗性品种是综合防控褐飞虱的基础。最近，武汉大学何光存教授课题组在Molecular Plant在线发表了题为"Bph30 confers resistance to brown planthopper by fortifying sclerenchyma in rice leaf sheath"的研究论文。该论文成功克隆了水稻抗褐飞虱新基因Bph30，揭示了水稻抗褐飞虱的一种新机制，并为抗褐飞虱水稻育种提供了新的优异抗虫基因资源。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.07.004
该研究首先对褐飞虱取食行为与水稻叶鞘组织特点进行了研究。发现在水稻叶鞘表面上有平滑区和粗糙区呈相间分布，分别与叶鞘内部的维管束和通气腔相对应。褐飞虱取食时通过口器在叶鞘表皮上探查合适的取食部位，选择在平滑柔软区将口针刺入水稻组织，然后穿过其下的厚壁组织直接进入维管束，最后到达韧皮部并取食。该研究通过图位法克隆了农家品种中的抗褐飞虱基因Bph30（图1）。
图1. 图位法克隆水稻抗褐飞虱基因Bph30及功能验证。
发现Bph30基因在水稻叶鞘厚壁组织细胞中高表达，并上调厚壁组织细胞中纤维素和半纤维素合成相关基因的表达，增加了纤维素和半纤维素在厚壁组织细胞壁中的积累，进而增加厚壁组织厚度及细胞壁的硬度。对褐飞虱取食鞘观察结果显示，在含有Bph30的水稻叶鞘中褐飞虱口器难以穿刺厚壁组织到达韧皮部（图2）。这些结果表明抗虫水稻通过Bph30基因强化厚壁组织，形成了一道坚固的屏障阻止褐飞虱取食韧皮部汁液。
图2. 褐飞虱取食鞘穿刺Bph30近等基因系（9311-Bph30-NIL）及感虫对照9311的叶鞘厚壁组织的比较。P，韧皮部；Sc，厚壁组织；Ss，褐飞虱取食鞘；Sb，取食鞘分枝
该研究还显示Bph30广谱褐飞虱和白背飞虱。Bph30是一个完全显性的抗虫基因，带有Bph30的近等基因系与不抗虫的细胞质雄性不育系及光温敏核不育系配置的F1杂种，与近等基因系一样高抗褐飞虱（图3）。Bph30基因编码一个含有两个leucine-rich domains(LRDs)的蛋白，属于一个新的抗飞虱基因家族。该研究通过全基因组关联分析克隆了该家族中的另一个成员Bph40，同样具有很好的抗性。
图3. 水稻不育系、Bph30近等基因系及其杂交F1的抗虫性鉴定。
武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室博士研究生石少阶，王卉颖和硕士研究生聂凌云为该论文的共同第一作者，何光存教授为通讯作者。武汉大学动力与机械学院薛龙建教授团队协作完成了水稻叶鞘细胞的力学特性分析，美国加州大学Linda Walling教授也参与了研究。该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目和国家相关项目的资助.
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