水稻抗褐飞虱的研究进展与挑战
前言：水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其种植和消费历史悠久，是全球超过一半人口的主要食物来源。然而，褐飞虱（BPH）作为水稻的重要害虫，不仅会吸食水稻的汁液，还传播与水稻矮缩病和破碎病有关的病毒，导致大量水稻受损甚至完全丧失产量。
为了有效控制BPH，农民、政府和农业研究人员一直致力于采用各种害虫管理策略，包括农业、化学和生物控制。化学杀虫剂的过度使用不仅导致虫害对药剂产生抗性，还造成环境污染，迫切需要开发一种新的、安全环保的害虫管理策略。
因此，本研究综合运用化学、物理、生物和遗传方法，使用多层次的手段增强水稻对BPH的抗性，进而培育出抗虫水稻品种，为解决BPH侵害问题提供最佳控制方法。
水稻是人类最重要的食物资源之一。为了应对BPH的破坏，急需培育抗虫水稻品种。为了调查参与水稻对BPH破坏响应的潜在功能基因，实验生成并分析了来自三个不同水稻品种的RNA-seq数据。
在BPH处理下，共有924个基因在三个水稻品种中显示出一致的调控表达模式。这些基因主要是水稻的核心基因，参与信号转导、次生碳水化合物和糖类代谢等基本生物过程。
SSB和BPH的侵害都可以诱导SA信号转导基因NPR1的上调表达，该基因可以激活下游植物防御反应。
基于功能注释，可以推测出这些基因很可能在通过一系列信号转导通路将BPH的物理刺激和化学信号传递给代谢网络中发挥不可或缺的作用。
BPH在性别和翅膀形态上表现出二态性：完全翅型成虫（长翅型）和翅膀短小的成虫（短翅型）。完全翅型成虫是潜在的迁移者，负责在新田地上建立种群。
它们的迁徙受到食物、地理和气象等多种因素的影响。因此，准确预测迁徙者何时何地着陆是困难的，一旦迁徙者在非抗性水稻田中定居并繁殖下一代BPH，经济损失将是不可避免的。因此可以认为培育抗BPH的水稻是最佳的控制方法之一。
寄主植物抗性（Host-plant Resistance，简称HPR）是共同进化的结果，在综合虫害管理（IPM）中起着重要作用。HPR影响寄主选择过程，或者使植物对昆虫的生长、存活或繁殖不太适合。
根据致病因素是内部还是外部刺激，抗性可以分为固有抗性和诱导抗性。作为韧皮部刺吸昆虫，BPH停留在水稻分蘖的基部，用其刺吸式口器插入韧皮部，释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，物理探测、吸食和唾液分泌都能触发诱导抗性。转录组分析已被证明是检测植物与昆虫相互作用的有效方法。
将BPH和纵纹莎稷螟（SSB）在水稻中引起的基因变化差异进行比较，会发现多个信号通路和基因表达模式存在显著差异，包括植物激素合成、信号转导、次生代谢物、防御反应和转录因子等。
研究BPH在水稻植株中引发的不同类型响应将有助于进一步了解害虫识别、响应和激活不同信号通路的分子机制。
转录因子（TFs）在植物的生长和发育中起着重要作用，进一步分析了转录因子在对BPH的响应中的功能。
需要从模块a和模块b中存在的基因中鉴定出了共73个转录因子（TFs）。这些基因属于一系列具有功能重要性的转录因子家族，包括AP2-EREBP（8个基因）、bHLH（8个基因）、MYB（8个基因）、ARF（6个基因）、G2-like（4个基因）和NAC（4个基因）。
这些转录因子基因按其在测试样本中的平均表达水平从高到低进行排序，排在前四位的基因在BPH处理后一直上调表达。
表达水平最高的基因是一个功能未知的B-box锌指家族蛋白。第二个基因是OsCOL4，它是一个组成性开花抑制子，接下来的两个基因是两个乙烯响应元件结合蛋白，表明乙烯在对BPH的响应中起着重要作用。
结论：褐飞虱对水稻的侵害给全球粮食安全带来了严重威胁。化学农药虽然曾是主要的防治手段，但其滥用导致了抗药性和环境污染问题。因此开发新的、安全环保的害虫管理策略势在必行。
本研究在进行转录组的分析揭示了与水稻对褐飞虱响应相关的转录因子家族，这些转录因子在调控水稻抗虫防御中发挥重要作用。
这种综合运用化学、物理、生物和遗传的方法，将会使得培育抗虫水稻品种成为解决褐飞虱侵害问题的关键措施。这将为实现可持续农业发展、保障全球粮食安全做出重要贡献。
