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褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal, BPH)是水稻(Oryza sativa L.)最严重的害虫之一,种植水稻的地区经常大面积地受到褐飞虱的攻击,导致每年水稻大面积地减产。例如在1991年,仅仅在中国受到褐飞虱影响的面积就达到了两百万公顷。褐飞虱的持续取食通常会导致感性水稻植株光合速率的下降,随后会引起蛋白质、糖和干重的下降。然而,含有抗褐飞虱基因的抗性水稻植株在遭受褐飞虱攻击时,受到的伤害很小,并且还可以保持正常的生长状态。因此,种植和培育抗性的水稻品种被大家公认是控制褐飞虱最有效的方法,且不会对环境产生污染。研究不同的抗感水稻植物应答褐飞虱取食的系统性的代谢反应是深入研究水稻抗褐飞虱的防御机制的一部分,而这部分的研究将会有助于培育抗褐飞虱的水稻品种。到目前为止,水稻植物应答褐飞虱取食的系统性的代谢反应仍需要得到彻底地阐释以确定哪些代谢过程参与这个应答反应,并且需要深入研究在此应答过程中究竟是哪些过程参与了水稻对褐飞虱的防御反应。而这些信息的获得是可以通过代谢组学的技术实现的,因为代谢组学的应用主要是关注外源和内源因子对生物体的整体的代谢网络的影响。为了深入地认识水稻植物应答褐飞虱取食的系统性的代谢反应,我们利用基于核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)的代谢组学分析了感性水稻品种TN1和抗性水稻品种B5在受到褐飞虱取食后的代谢组的差异,并且应用荧光实时定量PCR (Quantitative real-time PCR analysis, qRT-PCR)检测了相关的代谢途径的十个基因的表达情况。研究结果表明水稻代谢组主要由三十多个初级代谢物组成,其中包括糖,有机酸,氨基酸和胆碱代谢物。褐飞虱取食在感性和抗性水稻中都导致了全面的代谢途径的变化,其中涉及到转氨,丫-氨基丁酸旁路(GABA shunt),卡尔文循环,糖质异生／糖酵解,磷酸戊糖途径和次生代谢。褐飞虱取食在感性水稻中引起的代谢变化大,在抗性水稻中引起的丫-氨基丁酸旁路和次生代谢的变化大。上述结果暗示丫-氨基丁酸旁路的激活和莽草酸介导的次生代谢对于水稻植物抵御褐飞虱的攻击是至关重要的。这些发现补充了我们对于水稻抗褐飞虱机制的认识并且表明代谢组学和qRT-PCR的结合对于研究植物和草食动物的相互作用是一种非常有用的方法。我们通过基因芯片检测了感性植株TN1和抗性植株B5叶鞘在受褐飞虱取食6h后的转录组的变化,分析结果显示与感性植株相比,在抗性品种中,有7个WRKY转录因子,5个参与茉莉酸(jasmonic acid, JA)途径的脂氧合酶lipoxygenase和1个参与乙烯(ethene, ET)途径的ACC合成酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase, ACC synthase)受褐飞虱取食所诱导,同时,褐飞虱取食导致了5个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Serine/threonine-protein kinase)和2个MAPK在抗性植株中上调,此外有8个过氧化物酶(Peroxidase),16个细胞色素P450(cytochrome P450)和6个苯丙氨酸裂解酶(phenylalanine ammonia-lyase)在抗性品种中也上调,此结果说明了以下三点：1,B5植株的抗性是SA、JA和ET协同作用的结果。2,抗性植物B5感知褐飞虱比感性植物TN1更早更及时,在早期阶段就启动了高效的信号转导途径,从而得以有效地抗虫。3,过氧化物酶的抗氧化作用、P450的解毒作用以及莽草酸途径的次生代谢产物的生成是B5植物抗虫的又一方面。植物在受到草食动物攻击时,一般释放的挥发性有机化合物(volatile orgaic acids, VOCs)的含量会升高,这些挥发物可以起直接或间接的防御作用,在本实验中,我们首先用Y型嗅觉仪观察褐飞虱的天敌(间接防御)对于感性植物TN1和抗性植物B5的选择性,再用固相微萃取提取挥发物,然后用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)分析挥发物的差别,接着用差异的挥发物进行处理,看选择性是否会消失,最后根据具体情况查阅文献进行其他上游或者下游物质含量的测定和参与此反应的重要基因的表达情况的分析。