4月30日，浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)公布“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進(jìn)展”。農(nóng)學(xué)院陳學(xué)新教授主持完成的“訪花昆蟲(chóng)及其對(duì)水稻轉(zhuǎn)基因流的影響”入選“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進(jìn)展”項(xiàng)目，張傳溪教授主持完成的“稻飛虱-內(nèi)共生真菌-內(nèi)共生細(xì)菌互補(bǔ)基因組解析”入選“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進(jìn)展提名”項(xiàng)目。
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：訪花昆蟲(chóng)及其對(duì)水稻轉(zhuǎn)基因流的影響
水稻是人類的主要糧食作物，供養(yǎng)著人類一半以上的人口。水稻是一種自花授粉作物，主要依靠自然風(fēng)傳播花粉。因此，千百年來(lái)訪花昆蟲(chóng)在水稻授粉中的作用一直未被關(guān)注。但是，在轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)安全備受爭(zhēng)議的背景下，訪花昆蟲(chóng)在水稻花粉傳播中的作用開(kāi)始引起人們的極大關(guān)注。那么，訪花昆蟲(chóng)究竟能否傳播水稻花粉而引起水稻的異花授粉？
針對(duì)這一前沿性科學(xué)問(wèn)題，陳學(xué)新教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，圍繞訪花昆蟲(chóng)及其對(duì)水稻轉(zhuǎn)基因流的影響機(jī)制進(jìn)行了創(chuàng)新性研究。五年多的系統(tǒng)性、多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)的研究結(jié)果于2014年6月27日在英國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)主辦的國(guó)際著名期刊《Journal of Applied Ecology》上在線發(fā)表。該成果一經(jīng)發(fā)表，就受到國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，7月3日《Nature》在第一時(shí)間以“Rice pollen goes the distance”為題重點(diǎn)介紹了這一重要原創(chuàng)研究成果。
本項(xiàng)目完成了世界上迄今為止針對(duì)水稻訪花昆蟲(chóng)及其攜帶花粉的時(shí)空跨度最大的系統(tǒng)研究，不但發(fā)現(xiàn)水稻揚(yáng)花期有多達(dá)510余種昆蟲(chóng)訪花，而且發(fā)現(xiàn)其中許多種類，特別是多種蜜蜂，平均每頭能攜帶400多粒水稻花粉。意大利蜜蜂在不同地理區(qū)域總是有規(guī)律地訪問(wèn)水稻花并采集花粉，能將水稻花粉攜帶到距離花粉源至少500米以外的地方，而且這些花粉81%仍具有活性，這比之前人們認(rèn)識(shí)到的風(fēng)傳水稻花粉100米的距離要遠(yuǎn)得多，突破了目前學(xué)術(shù)界對(duì)水稻花粉傳播的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。以轉(zhuǎn)基因水稻作為花粉供體，常規(guī)水稻母本作為受體，經(jīng)三年田間重復(fù)網(wǎng)罩試驗(yàn)，對(duì)150萬(wàn)粒常規(guī)水稻F1代種子的生物測(cè)定和分子檢測(cè)表明，有蜜蜂授粉試驗(yàn)區(qū)的雜交率比沒(méi)有蜜蜂授粉的提高了4～15倍，表明蜜蜂訪花能顯著提高花粉介導(dǎo)的水稻基因流。
本項(xiàng)研究結(jié)果在人類歷史上首次揭示了自花授粉的水稻還存在蟲(chóng)媒介導(dǎo)的異花授粉途徑；更新了人類對(duì)訪花昆蟲(chóng)促進(jìn)水稻異花授粉的認(rèn)識(shí)，賦予了水稻傳粉生物學(xué)以全新的內(nèi)容和機(jī)制，更重要的是，這一研究結(jié)果對(duì)于其他自花授粉植物或風(fēng)媒植物具有普遍意義；對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻而言，有可能存在訪花昆蟲(chóng)引起的長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)基因逃逸的風(fēng)險(xiǎn)。
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：稻飛虱-內(nèi)共生真菌-內(nèi)共生細(xì)菌互補(bǔ)基因組解析
褐飛虱是水稻的頭號(hào)害蟲(chóng)，該蟲(chóng)一生只刺吸水稻韌皮汁液，會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)翅和短翅2種類型，短翅型繁殖速度快，而長(zhǎng)翅型則能在環(huán)境不利時(shí)遷飛到合適的生活環(huán)境。該蟲(chóng)長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)每年從東南亞國(guó)家經(jīng)長(zhǎng)距離遷飛進(jìn)入我國(guó)，近幾十年頻頻爆發(fā)，對(duì)我國(guó)糧食安全構(gòu)成很大威脅。同時(shí)繁殖力高、抗藥性強(qiáng)，還能快速適應(yīng)抗性水稻品種，極難防治，是一種“國(guó)際性、遷飛性、爆發(fā)性、毀滅性”的大害蟲(chóng)。
在進(jìn)化過(guò)程中，褐飛虱與一種稱為“YLS”的子囊真菌和一種細(xì)菌組成了共生體。但是“蟲(chóng)-真菌-細(xì)菌”是如何互相幫助，以致造成該蟲(chóng)如此猖獗的詳細(xì)機(jī)理并不清楚。為了探索該害蟲(chóng)防治新途徑，浙江大學(xué)昆蟲(chóng)科學(xué)研究所聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位，成功解析了“褐飛虱-YLS-內(nèi)共生細(xì)菌”三位一體的互補(bǔ)基因組。例如，褐飛虱吸取的水稻汁液中缺乏組氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋(甲硫)氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、纈氨酸，分析發(fā)現(xiàn)褐飛虱基因組缺少了10種必需氨基酸合成的代謝通路，但YLS基因組擁有這10種必需氨基酸合成的代謝通路的所有基因，能幫助褐飛虱合成全部這些氨基酸；水稻汁液缺乏氮素營(yíng)養(yǎng)，YLS和褐飛虱基因互補(bǔ)形成了氮素循環(huán)的完整途徑。褐飛虱蛻皮需要甾醇物質(zhì)，而自身不能合成，但可以與YLS一起形成完整的必需甾醇合成途徑。另外，YLS和褐飛虱不能合成維生素B族，但共生細(xì)菌帶有完整的各種維生素B族合成途徑。成果首次描繪了位于宿主脂肪體內(nèi)的真菌如何與昆蟲(chóng)在多條代謝通路上互補(bǔ)共生，解釋了共生真菌和細(xì)菌是如何與宿主“狼狽為奸”，使褐飛虱能僅依賴水稻汁液就能快速繁殖成災(zāi)。
本研究成果為通過(guò)切斷褐飛虱-共生真菌-共生細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)途徑防治害蟲(chóng)提供了新視野，今后有望開(kāi)發(fā)通過(guò)“抑菌”達(dá)到“治蟲(chóng)”的防治褐飛虱新方法。本研究成果同時(shí)為基于RNAi新技術(shù)防治褐飛虱提供了潛在高效基因靶標(biāo)，也給后續(xù)的該蟲(chóng)可塑性發(fā)育機(jī)理、不同種群間差異、遷飛途徑的研究提供了基因組基礎(chǔ)，例如張傳溪教授團(tuán)隊(duì)最近在Nature發(fā)表文章揭示了褐飛虱長(zhǎng)短翅型可塑性發(fā)育的分子機(jī)制，就是在本基礎(chǔ)上深入研究完成的。
（農(nóng)學(xué)院黨政辦公室）
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com