水稻抗褐飛虱的研究進展與挑戰
前言：水稻作為全球最重要的糧食作物之一，其種植和消費曆史悠久，是全球超過一半人口的主要食物來源。然而，褐飛虱（BPH）作為水稻的重要害蟲，不僅會吸食水稻的汁液，還傳播與水稻矮縮病和破碎病有關的病毒，導緻大量水稻受損甚至完全喪失産量。
為了有效控制BPH，農民、政府和農業研究人員一直緻力于采用各種害蟲管理政策，包括農業、化學和生物控制。化學殺蟲劑的過度使用不僅導緻蟲害對藥劑産生抗性，還造成環境污染，迫切需要開發一種新的、安全環保的害蟲管理政策。
是以，本研究綜合運用化學、實體、生物和遺傳方法，使用多層次的手段增強水稻對BPH的抗性，進而培育出抗蟲水稻品種，為解決BPH侵害問題提供最佳控制方法。
水稻是人類最重要的食物資源之一。為了應對BPH的破壞，急需培育抗蟲水稻品種。為了調查參與水稻對BPH破壞響應的潛在功能基因，實驗生成并分析了來自三個不同水稻品種的RNA-seq資料。
在BPH處理下，共有924個基因在三個水稻品種中顯示出一緻的調控表達模式。這些基因主要是水稻的核心基因，參與信号轉導、次生碳水化合物和糖類代謝等基本生物過程。
SSB和BPH的侵害都可以誘導SA信号轉導基因NPR1的上調表達，該基因可以激活下遊植物防禦反應。
基于功能注釋，可以推測出這些基因很可能在通過一系列信号轉導通路将BPH的實體刺激和化學信号傳遞給代謝網絡中發揮不可或缺的作用。
BPH在性别和翅膀形态上表現出二态性：完全翅型成蟲（長翅型）和翅膀短小的成蟲（短翅型）。完全翅型成蟲是潛在的遷移者，負責在新田地上建立種群。
它們的遷徙受到食物、地理和氣象等多種因素的影響。是以，準确預測遷徙者何時何地着陸是困難的，一旦遷徙者在非抗性水稻田中定居并繁殖下一代BPH，經濟損失将是不可避免的。是以可以認為培育抗BPH的水稻是最佳的控制方法之一。
寄主植物抗性（Host-plant Resistance，簡稱HPR）是共同進化的結果，在綜合蟲害管理（IPM）中起着重要作用。HPR影響寄主選擇過程，或者使植物對昆蟲的生長、存活或繁殖不太适合。
根據緻病因素是内部還是外部刺激，抗性可以分為固有抗性和誘導抗性。作為韌皮部刺吸昆蟲，BPH停留在水稻分蘖的基部，用其刺吸式口器插入韌皮部，釋放唾液分泌物并吸食植物汁液。
在抗BPH水稻中，除了固有抗性外，實體探測、吸食和唾液分泌都能觸發誘導抗性。轉錄組分析已被證明是檢測植物與昆蟲互相作用的有效方法。
将BPH和縱紋莎稷螟（SSB）在水稻中引起的基因變化差異進行比較，會發現多個信号通路和基因表達模式存在顯著差異，包括植物激素合成、信号轉導、次生代謝物、防禦反應和轉錄因子等。
研究BPH在水稻植株中引發的不同類型響應将有助于進一步了解害蟲識别、響應和激活不同信号通路的分子機制。
轉錄因子（TFs）在植物的生長和發育中起着重要作用，進一步分析了轉錄因子在對BPH的響應中的功能。
需要從子產品a和子產品b中存在的基因中鑒定出了共73個轉錄因子（TFs）。這些基因屬于一系列具有功能重要性的轉錄因子家族，包括AP2-EREBP（8個基因）、bHLH（8個基因）、MYB（8個基因）、ARF（6個基因）、G2-like（4個基因）和NAC（4個基因）。
這些轉錄因子基因按其在測試樣本中的平均表達水準從高到低進行排序，排在前四位的基因在BPH處理後一直上調表達。
表達水準最高的基因是一個功能未知的B-box鋅指家族蛋白。第二個基因是OsCOL4，它是一個組成性開花抑制子，接下來的兩個基因是兩個乙烯響應元件結合蛋白，表明乙烯在對BPH的響應中起着重要作用。
結論：褐飛虱對水稻的侵害給全球糧食安全帶來了嚴重威脅。化學農藥雖然曾是主要的防治手段，但其濫用導緻了抗藥性和環境污染問題。是以開發新的、安全環保的害蟲管理政策勢在必行。
本研究在進行轉錄組的分析揭示了與水稻對褐飛虱響應相關的轉錄因子家族，這些轉錄因子在調控水稻抗蟲防禦中發揮重要作用。
這種綜合運用化學、實體、生物和遺傳的方法，将會使得培育抗蟲水稻品種成為解決褐飛虱侵害問題的關鍵措施。這将為實作可持續農業發展、保障全球糧食安全做出重要貢獻。
