4月30日，浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會公布“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進展”。農(nóng)學(xué)院陳學(xué)新教授主持完成的“訪花昆蟲及其對水稻轉(zhuǎn)基因流的影響”入選“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進展”項目，張傳溪教授主持完成的“稻飛虱-內(nèi)共生真菌-內(nèi)共生細菌互補基因組解析”入選“浙江大學(xué)2014年度十大學(xué)術(shù)進展提名”項目。
項目簡介：訪花昆蟲及其對水稻轉(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，千百年來訪花昆蟲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)安全備受爭議的背景下，訪花昆蟲在水稻花粉傳播中的作用開始引起人們的極大關(guān)注。那么，訪花昆蟲究竟能否傳播水稻花粉而引起水稻的異花授粉？
針對這一前沿性科學(xué)問題，陳學(xué)新教授領(lǐng)銜的研究團隊，圍繞訪花昆蟲及其對水稻轉(zhuǎn)基因流的影響機制進行了創(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日在英國生態(tài)學(xué)會主辦的國際著名期刊《Journal of Applied Ecology》上在線發(fā)表。該成果一經(jīng)發(fā)表，就受到國際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，7月3日《Nature》在第一時間以“Rice pollen goes the distance”為題重點介紹了這一重要原創(chuàng)研究成果。
本項目完成了世界上迄今為止針對水稻訪花昆蟲及其攜帶花粉的時空跨度最大的系統(tǒng)研究，不但發(fā)現(xiàn)水稻揚花期有多達510余種昆蟲訪花，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，這比之前人們認識到的風(fēng)傳水稻花粉100米的距離要遠得多，突破了目前學(xué)術(shù)界對水稻花粉傳播的傳統(tǒng)認識。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，對150萬粒常規(guī)水稻F1代種子的生物測定和分子檢測表明，有蜜蜂授粉試驗區(qū)的雜交率比沒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媒介導(dǎo)的異花授粉途徑；更新了人類對訪花昆蟲促進水稻異花授粉的認識，賦予了水稻傳粉生物學(xué)以全新的內(nèi)容和機制，更重要的是，這一研究結(jié)果對于其他自花授粉植物或風(fēng)媒植物具有普遍意義；對轉(zhuǎn)基因水稻而言，有可能存在訪花昆蟲引起的長距離轉(zhuǎn)基因逃逸的風(fēng)險。
項目簡介：稻飛虱-內(nèi)共生真菌-內(nèi)共生細菌互補基因組解析
褐飛虱是水稻的頭號害蟲，該蟲一生只刺吸水稻韌皮汁液，會產(chǎn)生長翅和短翅2種類型，短翅型繁殖速度快，而長翅型則能在環(huán)境不利時遷飛到合適的生活環(huán)境。該蟲長翅型成蟲每年從東南亞國家經(jīng)長距離遷飛進入我國，近幾十年頻頻爆發(fā)，對我國糧食安全構(gòu)成很大威脅。同時繁殖力高、抗藥性強，還能快速適應(yīng)抗性水稻品種，極難防治，是一種“國際性、遷飛性、爆發(fā)性、毀滅性”的大害蟲。
在進化過程中，褐飛虱與一種稱為“YLS”的子囊真菌和一種細菌組成了共生體。但是“蟲-真菌-細菌”是如何互相幫助，以致造成該蟲如此猖獗的詳細機理并不清楚。為了探索該害蟲防治新途徑，浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所聯(lián)合國內(nèi)外多家單位，成功解析了“褐飛虱-YLS-內(nèi)共生細菌”三位一體的互補基因組。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養(yǎng)，YLS和褐飛虱基因互補形成了氮素循環(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)的真菌如何與昆蟲在多條代謝通路上互補共生，解釋了共生真菌和細菌是如何與宿主“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)。
本研究成果為通過切斷褐飛虱-共生真菌-共生細菌營養(yǎng)途徑防治害蟲提供了新視野，今后有望開發(fā)通過“抑菌”達到“治蟲”的防治褐飛虱新方法。本研究成果同時為基于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)的該蟲可塑性發(fā)育機理、不同種群間差異、遷飛途徑的研究提供了基因組基礎(chǔ)，例如張傳溪教授團隊最近在Nature發(fā)表文章揭示了褐飛虱長短翅型可塑性發(fā)育的分子機制，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）
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