褐飞虱致害性变异相关基因的筛选及功能分析

褐飞虱是水稻的主要害虫之一，抗性品种的培育和推广是控制其发生的重要措施，然而，褐飞虱致害性的变异会导致品种抗性的丧失，因此致害性变异现象是褐飞虱防治领域的难题。本研究首先以不同致害性褐飞虱种群为研究对象，采用RNA-Seq技术，获取各个种群的基因表达谱数据，明确差异表达的基因信息。在此基础上，选取其中一个弱致害性种群，用抗性水稻品种诱导培养，监测特定种群在致害性变异过程中基因表达谱的动态变化。通过GO分析、Pathway分析等，结合已获得的水稻基因芯片数据等前期结果，重点从解毒和信号转导两个角度，筛选与致害性变异相关的基因。然后，研究候选基因详细的时空表达模式，明确其与致害性变异的关系，并从中选取关键基因，运用显微注射介导的RNA干扰技术进行基因功能研究。本研究旨在明确不同致害情况下褐飞虱基因表达谱的变化规律，揭示差异表达基因在褐飞虱致害性变异中的作用，为阐明褐飞虱致害性变异机制提供线索。

褐飞虱是水稻的主要害虫之一，水稻抗性品种的培育和推广是控制虫灾发生的重要措施。然而，褐飞虱致害性的变异会导致水稻品种抗性的丧失，因此阐释褐飞虱致害性变异机制，并采取针对性防治策略是褐飞虱防治领域的重要课题。本研究按计划开展了以下研究工作：（1）采用RNA-Seq技术，完成了褐飞虱4个不同致害性种群Tn、Mu、As、Rh以及5个世代TN1转接RHT特定种群的基因表达谱分析。基因表达谱数据提示，褐飞虱在抗性品种上遭遇了营养缺乏和毒性成分等胁迫，上调了核糖体应激、自噬、免疫、解毒等相关通路，以降低生长和生殖指标为代价，换取个体在抗性品种上的生存，并最终发展为适应抗性水稻品种的新种群，从而揭示了褐飞虱致害性变异的机制。（2）克隆了PI3K-AKT-TOR通路等10多个候选基因的全长cDNA，研究了候选基因在褐飞虱不同种群、不同发育阶段等情况下的表达规律。（3）建立了褐飞虱RNA干扰体系，系统地考察了NlIAKTIP、NlPIK3R1、Nlcdc2、NlICP等基因的RNA干扰对试虫存活率、生长发育、靶标基因的表达量等多项指标的影响，探明了上述基因在褐飞虱生长发育及适应水稻抗性品种过程中的作用。其中，NlIAKTIP通过调控褐飞虱的生长与生殖平衡来维系褐飞虱在抗性水稻上的生存；而NlPIK3R1对于褐飞虱的生存具有重要作用，靶向NlPIK3R1的RNA干扰会对褐飞虱的存活率产生极显著影响，是褐飞虱防治的一个潜在的重要靶标。（4）本项目累计已发表论文6篇，其中，SCI和EI 收录2篇，一级学报论文2篇，核心期刊2篇，尚有部分研究结果有待发表。授权实用新型专利1项，申请发明专利3项。本项目揭示了褐飞虱适应抗性水稻过程中的基因表达谱变化规律，明确了与褐飞虱适应抗性水稻密切相关的重要通路和关键基因，基本探明了褐飞虱致害性变异的机制。这些问题的探明，有助于更加有针对性的采取相应策略防控褐飞虱。