本专题鉴定及克隆了参与水稻和大豆抗病虫害相关的基因，阐明了其抗病的分子机制，为培育优质、抗病虫的水稻和大豆新品种提供了理论依据和方法指导。
褐飞虱（Nilaparvata lugens，BPH）是全球水稻种植区域面临的最严重害虫之一。开发抗虫基因并利用这些基因培育抗性水稻品种是一种安全有效的害虫防控策略。鉴于褐飞虱与水稻之间的协同进化，依赖单一抗性基因的水稻品种往往不能提供长期的抗性。因此，不断发掘抗性基因，并通过聚合多个基因的方法，培育出具有更广谱和更持久抗性的水稻品种。近期，福建农林大学吴建国教授课题组完成的题为“水稻抗褐飞虱基因QBPH1和QBPH4的精细定位与聚合效应分析”在《中国农业科学》2024年第57卷23期正式发表。
该研究利用日本晴（感虫型）和佳辐占（抗虫型）的重组自交系（RILs）群体，结合苗期抗性评价和极端混池测序法（BSA-seq）定位抗褐飞虱QTL。进一步通过QTL精细定位、候选基因鉴定、聚合效应分析及混池转录组测序（BSR-seq），揭示QTL介导的抗性生理和分子机制。通过BSA-seq分析，在水稻第1（30—32 Mb区段）和第4（5—7 Mb区段）染色体上定位到2个主效抗性QTL，分别命名为QBPH1和QBPH4。通过区间连锁的分子标记，验证了这些QTL的真实性。QBPH4与已克隆的BPH3和BPH15位于同一位置，而QBPH1为一个新发现的QTL。通过加密标记和重组单株分析，将QBPH1的位置精确到30.61—30.65 Mb。在此区域内，Os01g53294和Os01g53330分别编码呼吸爆发氧化酶蛋白B和花青素5,3-O-葡萄糖基转移酶，被认为是QBPH1的可靠候选基因。此外，通过对比QBPH1和QBPH4单基因及其聚合家系在苗期的抗性、褐飞虱蜜露面积和重量、虫增重、致死率、偏好性等指标，发现双基因聚合家系的抗性未显著增强。QBPH1和QBPH4均介导了抗生性和趋避性的生理机制，但其效应存在差异。QBPH1和QBPH4家系的褐飞虱抗性表型及基因效应BSR-seq分析揭示了QBPH1的不同等位基因型在转录调控、蛋白质氨基酸磷酸化和氧化还原过程中的差异表达基因（DEGs）显著富集。此外，与茉莉酸（jasmonic acid，JA）合成和信号传导路径相关的基因在抗虫材料中得到显著上调，并通过RT-qPCR试验得到了验证。QBPH1基因型相反的抗虫和感虫组接虫前后的RNA-seq数据的差异表达基因分析
JA相关基因接虫前后表达量的RT-qPCR检测
该研究成功在水稻第1染色体上鉴定了一个新的抗褐飞虱QTL——QBPH1。该QTL介导了水稻对褐飞虱的抗生性和趋避性，但与另一QTL的聚合效应并不显著。QBPH1可能通过参与JA通路来介导对褐飞虱的防御机制。在此基础上，Os01g53294和Os01g53330被确定为QBPH1的可靠候选基因。福建农林大学植物保护学院吴建国教授、张帅副教授，以及农学院胡杰副教授为论文共同通讯作者，农学院官华忠副教授也参与了此工作。
该研究获得国家自然科学基金（32025031，U1905203）、福建省自然科学基金（2021J01071）、福建农林大学校级创新基金（KFA20006A）、福建农林大学闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室开放基金（SKL2023001）、崖州湾种子实验室与中国种业股份有限公司联合开放竞争项目（B23YQ1514，B23CQ15EP）的资助。
熊尚烨, 张翔, 梁宝慧, 叶仰东, 李浴阳, 朱晓, 朱志鸿, 官华忠, 张帅, 吴建国, 胡杰. 水稻抗褐飞虱基因QBPH1和QBPH4的精细定位与聚合效应分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(23): 4619-4631.
XIONG ShangYe, ZHANG Xiang, LIANG BaoHui, YE YangDong, LI YuYang, ZHU Xiao, ZHU ZhiHong, GUAN HuaZhong, ZHANG Shuai, WU JianGuo, HU Jie. Fine Mapping and Analysis of Pyramiding Effects of Rice Brown Planthopper Resistance Genes QBPH1 and QBPH4 [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(23): 4619-4631.
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