武汉大学PNAS发现首例水稻抗虫基因

　　

生物通报道：来自武汉大学生命科学学院，中国科学院国家基因研究中心的研究人员经过14年的研究，成功分离了抗褐飞虱基因Bph14，这是国际上应用图位克隆法(map-based cloning)分离得到的第一例水稻抗虫基因。研究结果发表在最新一期《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上。

文章的第一作者是武汉大学生命科学学院植物发育生物学教育部重点实验室博士生杜波和张维林，通讯作者是何光存教授，何光存教授研究小组目前承担了两项国家自然科学基金重点项目，一项国家"863"项目和"973"项目。

稻飞虱是水稻生产中最重要的虫害之一，近年来我国水稻的稻飞虱发生面积达几亿亩。科学家们期望通过提高水稻品种抗性防治稻飞虱。上世纪60年代以来，全世界科学家从水稻农家品种和野生稻转育材料中鉴定出了20多个抗褐飞虱基因位点，但是一直没有克隆到这些基因，水稻抗虫性的分子机理也不甚明了。

长期以来，科学家们一直对水稻为何具备抗褐飞虱虫（稻飞虱的一种）的能力感到困惑不解，这项研究结果正揭示了其中奥秘，并且如果将这一成果应用到实际中去，当稻飞虱虫灾来临时，水稻将有望自己“灭虫”了。

在这项研究中，研究人员成功分离了抗褐飞虱基因Bph14，科学家们发现，水稻抗褐飞虱基因Bph14就像一个“哨兵”，当褐飞虱为害水稻时，该基因就可感知到这一信号，并将信号传达到细胞核，调动其他基因的抗虫机制，抑制害虫的取食和消化，使害虫的生长发育受阻，害虫死亡率上升，从而使水稻免受危害。

其中何光存教授主要应用的技术是该图位克隆方法，这种方法又称定位克隆（positoinal cloning），1986年首先由剑桥大学的Alan Coulson提出。用该方法分离基因是根据功能基因在基因组中都有相对较稳定的基因座，在利用分离群体的遗传连锁分析或染色体异常将基因伫到染色体的1个具体位置的基础上，通过构建高密度的分子连锁图，找到与目的基因紧密连锁的分子标记，不断缩小候选区域进而克隆该基因，并单明其功能和疾病的生化机制。图位克隆方法分离基因的优点是无需预先知道基因的DNA顺序，也无需预先知道其表达产物的有关信息。

何光存教授实验室在国际上首次利用图位克隆法分离得到了第一例水稻抗虫基因。这一技术的诞生，将促进水稻抗稻飞虱育种研究快速发展，这也是国际首例。这一水稻抗褐飞虱基因Bph14的成功克隆，将促进水稻抗稻飞虱育种研究快速发展，从而为少打农药、减少粮食损失，发展环境友好型和资源节约型农业做出重要贡献。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Identification and characterization of Bph14, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice

Planthoppers are highly destructive pests in crop production worldwide. Brown planthopper (BPH) causes the most serious damage of the rice crop globally among all rice pests. Growing resistant varieties is the most effective and environment-friendly strategy for protecting the crop from BPH. More than 19 BPH-resistance genes have been reported and used to various extents in rice breeding and production. In this study, we cloned Bph14, a gene conferring resistance to BPH at seedling and maturity stages of the rice plant, using a map-base cloning approach. We show that Bph14 encodes a coiled-coil, nucleotide-binding, and leucine-rich repeat (CC-NB-LRR) protein. Sequence comparison indicates that Bph14 carries a unique LRR domain that might function in recognition of the BPH insect invasion and activating the defense response. Bph14 is predominantly expressed in vascular bundles, the site of BPH feeding. Expression of Bph14 activates the salicylic acid signaling pathway and induces callose deposition in phloem cells and trypsin inhibitor production after planthopper infestation, thus reducing the feeding, growth rate, and longevity of the BPH insects. Our work provides insights into the molecular mechanisms of rice defense against insects and facilitates the development of resistant varieties to control this devastating insect.

作者简介：

何光存教授

武汉大学生命科学学院教授、博士生导师。湖北省有突出贡献的优秀中青年专家，享受国务院特殊津贴的优秀科学家。
曾担任生命科学学院院长(第三任), 现为遗传学系系主任

研究方向：
植物基因工程
水稻功能基因组学
植物与植食性昆虫互作分子机理

目前承担的科研项目：
国家自然科学基金重点项目
国家自然科学基金面上项目
国家"863"项目
国家重大科技专项“功能基因组与生物芯片”
国家"973"项目

近期代表性论文
1、Hao PY, Liu CX, Wang YY, Chen RZ, Tang M, Du B, Zhu LL, He GC (2008) Herbivore-induced callose deposition on the sieve plates of rice: an important mechanism for host resistance. Plant Physiology (Epub ahead of print February 1, 2008; 10.1104/pp.107.111484)

2、Wang YY, Wang XL, Yuan HY, Chen RZ, Zhu LL, He RF, He GC (2008) Responses of two contrasting genotypes of rice to brown planthopper. Molecular Plant-Microbe Interactions 20: 122-132

3、Chen RZ, Zhao X, Shao Z, Wei Z, Wang YY, Zhu LL, Zhao J, Sun MX, He RF, He GC (2007) Rice UDP-Glucose pyrophosphorylase1 is essential for pollen callose deposition and its cosuppression results in a new type of thermosensitive genic male sterility. Plant Cell 19: 847–861

4、You AQ, Lu XG, Jin HJ, Ren X, Liu K, Yang GC, Yang HY, Zhu LL, and He GC (2006) Identification of QTLs across recombinant inbred lines and testcross populations for traits of agronomic importance in rice. Genetics 172: 1287-1300

5、Jin HJ, Tan GX, Brar DS, Tang M, Li G, Zhu LL, He GC (2006) Molecular and cytogenetic characterization of an Oryza officinalis–O. sativa chromosome 4 addition line and its progenies. Plant Molecular Biology 62: 769-777