水稻（Oryza sativa L.）是世界三大粮食作物之一,而稻飞虱（BPH;Nilaparvata lugens St（?）l.）被认为是水稻的第一大害虫,是水稻生产的最大威胁。近几十年来,褐飞虱的防治主要依靠农药,但农药的过度使用会增加褐飞虱的耐药性并且污染环境。因此,培育抗褐飞虱水稻新品种是一种经济有效的策略。目前,多个抗褐飞虱基因被定位并克隆,但是其抗性机制并不清楚。褐飞虱是一种典型的刺吸式昆虫,通过口针专一性吸食水稻韧皮部汁液。由于韧皮部深埋在水稻叶鞘组织之内,褐飞虱如何准确找到口针钻探位点、进而找到筛管吸食,一直是一个未解之谜。首先在扫描电镜下观察到,栽培稻叶鞘表面不同部位的结构不同,其纵向是由重复的结构单元组成的,每一个结构单元包括长形细胞带、硅栓带、气孔带和乳突带。乳突带上有瘤状乳突和小乳突。叶鞘表面结构与其内部组织有明确的对应关系:长形细胞带覆盖之下是厚壁组织,继续深入则是维管束;而乳突带和气孔带下方是薄壁细胞,再向其内是气腔。接下来用原子力显微镜检测了叶鞘表面不同区域的力学特性,发现乳突带中瘤状乳突和小乳突表面的弹性模量没有差异,但显著大于长形细胞带表面的弹性模量,说明长形细胞带表面硬度较乳突带的低,进而能便于褐飞虱口针的刺入。我们进一步观察了叶鞘表面褐飞虱取食点的分布,发现长形细胞带的取食点显著比乳突带和气孔带的多,证明了褐飞虱口针更倾向于从长形细胞带部位刺入水稻组织,从而可直接到达维管束韧皮部。上述结果表明,褐飞虱巧妙地利用了栽培稻叶鞘表面结构和内部组织的对应关系,口针从表面的长形细胞带刺入,经过几个不同方向的探测,成功找到位于其下的维管束筛管并取食。不同种野生稻叶鞘表面结构组成和分布不尽相同。短叶舌野生稻O.barthii-2477、紧穗野生稻O.eichingeri-N2479、高杆野生稻O.alta-7、长雄野生稻O.longistaminata-2488、澳洲野生稻O.australiensis-312和阔叶野生稻O.latiforlia-100956叶鞘的表面结构、分布、与内部组织的对应关系、褐飞虱取食点分布和Niponbare、9311相同。重颖野生稻O.grandiglumis-101405叶鞘表面没有长形细胞带,取食点多数分布在乳突带和气孔带。李氏禾叶鞘表面既没有长形细胞带也没有硅栓带,取食点多数分布在乳突带和气孔带。疣粒野生稻O.meyeriana-Y4和O.meyeriana-Y14叶鞘表面既有长形细胞带又有硅栓带,但只有少数小乳突,取食点在叶鞘表面均匀分布。上述结果进一步表明,水稻叶鞘表面结构组成及分布影响褐飞虱的取食。本实验室在前期工作中从水稻品种AC-1613克隆到位于水稻第四染色体短臂上的抗褐飞虱基因Bph30。Bph30基因编码一个1082个氨基酸的蛋白。RNA原位杂交结果显示Bph30在叶鞘的厚壁组织（位于长形细胞带下面）中表达。我们通过原子力显微镜分析比较了感虫品种9311及抗虫近等基因系9311-Bph30-NIL（49B）的叶鞘厚壁组织细胞壁的力学特性,发现49B厚壁组织细胞壁的弹性模量高于9311;扫描电镜下观察统计了这两种水稻材料叶鞘表面褐飞虱取食点数目,发现抗虫水稻49B叶鞘表面取食点数目明显高于感虫水稻9311。这说明Bph30基因通过增加叶鞘厚壁组织细胞壁的硬度,阻止褐飞虱口针的刺探,进而产生抗虫性。此外,Bph30基因参与下调胼胝质降解基因GNS5和GNS6的表达,引发韧皮部胼胝质的沉积,抵御褐飞虱取食。本研究揭示了植物在组织结构上的特点被昆虫用做取食的指示路标,而植物进化出的抗虫基因在昆虫取食路径中发挥作用来阻碍昆虫取食。这一新发现对于作物抗虫育种和害虫绿色防控有重要意义。