來源丨iNature、武漢大學(xué)、TOP大學(xué)來了
2023年6月14日，武漢一日之內(nèi)，兩篇Nature在線刊發(fā)，風(fēng)頭一時無二。一篇生命科學(xué)學(xué)院，另一篇化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院。
6月14日，武漢大學(xué)付磊，郭宇錚，曾夢琪及南方科技大學(xué)林君浩為聯(lián)合通訊作者在全球頂級科研期刊《Nature》?在線發(fā)表題為”Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis“的研究論文。武漢大學(xué)為第一完成單位。
武漢大學(xué)何光存為唯一通訊作者在全球頂級科研期刊《Nature》?在線發(fā)表題為A tripartite rheostat controls self-regulated host plant resistance to insects“的研究論文。武漢大學(xué)為第一完成單位。武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后郭建平、博士生王卉穎和關(guān)偉為共同第一作者，本研究首次鑒定了一個被植物免疫受體蛋白識別的昆蟲效應(yīng)子BISP，并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1互作精細(xì)調(diào)控水稻抗蟲反應(yīng)的分子機制，對于培育高產(chǎn)、抗蟲水稻品種具有重要意義。
該項研究得到了多項基金的資助。武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后郭建平、博士生王卉穎和關(guān)偉為共同第一作者，何光存為通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)院士、武漢大學(xué)朱玉賢院士、美國加州大學(xué)河邊分校Walling教授及課題組成員參加了該項研究。
褐飛虱是水稻生產(chǎn)中發(fā)生面積最大、造成損失最重的害蟲，嚴(yán)重危害我國及世界水稻生產(chǎn)。培育抗蟲品種是最經(jīng)濟、有效、環(huán)境友好的防治害蟲的手段，但植物抗蟲的分子機理卻一直不明。
何光存課題組篩選獲得了褐飛虱唾液蛋白BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），第一次揭開了害蟲取食與植物反取食的分子機制。
研究發(fā)現(xiàn)，BISP在褐飛虱唾液腺中高表達，褐飛虱取食時隨唾液分泌進入水稻細(xì)胞。在感褐飛虱水稻中，BISP靶向水稻細(xì)胞質(zhì)激酶OsRLCK185，干擾其激酶活性，抑制水稻的基礎(chǔ)防御反應(yīng)，使植株更易于褐飛虱取食。
課題組前期克隆了抗褐飛虱基因Bph14。該基因編碼的NLR受體BPH14，賦予水稻對褐飛虱的高抗性。在含有Bph14基因的抗蟲水稻（Bph14水稻）中，BISP進入細(xì)胞后立即與BPH14發(fā)生特異性結(jié)合而被識別，激發(fā)強烈的抗蟲反應(yīng)，使褐飛虱取食下降、生長受阻、死亡率上升，從而阻止了褐飛虱的侵害。
▲BISP調(diào)控水稻免疫反應(yīng)工作模式圖
在本研究中，當(dāng)Bph14水稻中異位表達BISP（Bph14-Bisp水稻）時，超量表達的BISP會持續(xù)激活BPH14介導(dǎo)的抗性反應(yīng)，Bph14-Bisp水稻產(chǎn)生更強的抗蟲性。但與Bph14水稻相比，Bph14-Bisp水稻的生長發(fā)育卻受到嚴(yán)重影響：植株變矮、抽穗期提前，產(chǎn)量下降。說明強抗性的持續(xù)激活不利于植物生長發(fā)育，抗性水平需要精細(xì)調(diào)控才能維持植物生長和抗性的平衡。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水稻細(xì)胞中同時表達BPH14和BISP時，BPH14能促進BISP與選擇性自噬受體OsNBR1互作，而OsNBR1則與ATG8結(jié)合介導(dǎo)了BISP的自噬降解，從而將BISP蛋白量和植物抗性控制在一定的水平。
BPH14在識別BISP激發(fā)抗蟲反應(yīng)、三蛋白互作調(diào)控自噬清除BISP的過程中具有至關(guān)重要的作用。害蟲取食時，抗蟲水稻產(chǎn)生的抗性作用使害蟲停止取食后，BPH14-BISP-NBR1三蛋白互作系統(tǒng)能快速清除水稻細(xì)胞內(nèi)存留的BISP，終止抗性反應(yīng)，使細(xì)胞盡快恢復(fù)生長。Bph14水稻細(xì)胞內(nèi)的BISP水平在6h內(nèi)顯著降低，36h被完全降解，抗蟲反應(yīng)隨之減弱直至終止。而在OsNBR1敲除植株（Bph14-Osnbr1）中，BISP蛋白留存量及抗性反應(yīng)則長時間維持在一個高水平。
BPH14通過自噬降解BISP，有效控制水稻細(xì)胞中的BISP及抗性水平，保持抗蟲性與生長發(fā)育之間的平衡。這一新機制的發(fā)現(xiàn)是植物抗蟲領(lǐng)域的重大進展。
何光存教授團隊首次闡明BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作調(diào)控植物抗蟲反應(yīng)分子機制，提出了在不降低產(chǎn)量的前提下實現(xiàn)抗蟲育種的新策略，對水稻抗蟲高產(chǎn)育種具有重要意義。
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