褐飞虱（Nilaparvata lugens Stal）是水稻生产中最具破坏性的害虫之一。作为水稻的单食性害虫,褐飞虱取食量大、繁殖快,一旦大爆发,可造成受害区域颗粒无收。此外,褐飞虱还可以传播水稻病毒病（如:草状丛矮病和齿叶矮缩病）,对水稻生产造成严重危害。在亚洲水稻种植区,褐飞虱已跃升为水稻生产的头号害虫。目前,褐飞虱防治仍依靠化学农药,不仅增加生产成本,污染环境,而且促使褐飞虱抗药性增强。因此,挖掘新的抗性基因、探索抗性基因的调控机制、阐述水稻与褐飞虱之间的互作模式,有助于我们合理利用寄主抗性、培育抗褐飞虱水稻品种,为褐飞虱防治提供经济、有效又环保的途径。本研究内容主要包括以下方面:1.水稻抗褐飞虱基因Bph27（t）候选基因的验证及其在育种中的应用（1）水稻抗褐飞虱基因Bph27（t）候选基因的验证我们将来自Balamawee的抗褐飞虱基因Bph27（t）精细定位至水稻第四染色体分子标记Q20与Q31之间,物理距离为46 kb,定位区间内共有8注释的基因。根据之前的报道,其中6个基因可能参与了植物抗虫、抗病反应,分别为磷脂酶C基因、蛋白激酶基因、Harpin诱导的蛋白、蛋白酶抑制剂基因、F-BOX基因及Q31紧密连锁的NB-LRR基因。我们将6个基因作为候选基因,分别转化感虫亲本02428发现,结果发现当感虫亲本02428全部死亡时,各转基因家系与02428无显著差异也几乎全部死亡,说明6个抗性相关的基因均不能单独提高水稻对褐飞虱的抗性。据此推测:1)Bph27（t）可能为定位区间内的其他基因。2)ph27（t）的褐飞虱抗性是由定位区间内的多个基因共同作用,而非单个基因控制。3)定位区间有待验证。为此,已将另外两个基因进行转基因试验,同时利用宁粳3号为背景含有Bph27（t）位点的近等基因系与宁粳3号杂交重新构建定位群体,进一步验证并缩小定位区间。本研究获得的与Bph27（t）紧密连锁的分子标记,为通过分子标记辅助选择培育抗褐飞虱水稻品种及Bph27（t）克隆奠定了基础。（2）Bph27（t）与Bph3的聚合育种褐飞虱对抗虫品种具有极强的适应能力,抗虫品种推广后,褐飞虱很快就能形成适应抗虫品种的新种群,导致品种抗性的丧失。为培育持久抗褐飞虱新品种,本研究利用Balamawee及含有抗褐飞虱主基因Bph3的斯里兰卡地方品种Rathu Heenati（RH）分别与农艺性状优良的粳稻品种宁粳3号（NJ3）回交,并通过分子标记辅助选择,分别获得了一系列携带有Bph3或Bph27（t）的抗褐飞虱的粳稻新品系。苗期室内及成株期后期鉴定的结果均表明,携带Bph3或Bph27（t）的粳稻新品系高抗褐飞虱。受体对照品种NJ3与抗褐飞虱新品系,抽穗期分别接虫褐飞虱,进行产量损失比较试验,结果表明,受体亲本NJ3的千粒重及单株产量显著下降,其产量较未接虫对照下降17.9%;而抗虫新品系的产量并未受显著影响。同时,分别利用携带Bph3和和ph27（t）的抗褐飞虱品系与NJ3杂交,对获得的F1植株进行褐飞虱抗性鉴定,结果发现F1杂合植株具有与纯合品系相同的抗性水平,表明这两个基因均为显性抗性基因,可用于杂种优势利用。进一步利用分别携带Bph3和Bph27（t）的抗褐飞虱品系相互杂交,并结合分子标记辅助选择,获得了 一批Bph3和Bph27（t）两个基因聚合的粳稻新品系。上述材料的创制,为持久抗褐飞虱水稻新品种的培育及通过品种抗性防治褐飞虱奠定了基础。2.水稻褐飞虱基抗性机制的探索研究（1）苯丙氨酸和二萜类植物抗毒素代谢途径参与了植物对褐飞虱的响应本研究利用全基因组表达谱芯片,分析了抗虫品种Rathu Heenati（RH,携带Bph3）与感虫品种02428及抗、感池的接种褐飞虱前后的表达谱差异。结果发现,褐飞虱取食后,RH较02428（RHT vs 02428T）,极抗池较极感池（RT vs ST）苯丙氨酸代谢途径和二萜类植物抗毒素合成途径基因均显著上调。并且RH诱导后较诱导前（RHT vs RC）这两条代谢途径相关基因也显著上调表达。Real-timeRT-PCR分析,进一步证实褐飞虱取食1、12、24小时后,RH中苯丙氨酸及二萜类代谢途径相关基因的表达较02428均显著升高。上述结果表明,苯丙氨酸和二萜类植物抗毒素代谢途径可能参与了植物抗褐飞虱反应。（2）苯丙氨酸代谢途径在抗褐飞虱中的作用为进一步验证苯丙氨酸代谢途径在水稻抗褐飞虱中的作用,我们获得了以抗虫品种IR64为受体的苯丙氨酸裂解酶（phenylalanine ammonia-lyase,PAL）的RNAi转基因植株。转基因植株的褐飞虱抗性较IR64显著降低,并且抗性的降低水平与PAL表达的下调显著相关。通过测定PAL下游主要代谢产物的含量,发现褐飞虱取食后,RNAi转基因植株中木质素及总黄酮的含量与IR64相比均无明显差异,而水杨酸（salicylic acid,SA）含量较IR64有显著降低。外源施加 SA及其类似物苯并噻二唑（beasanzothiadiazola，BTH）,可以显著提高RNAi转基因植株的褐飞虱性,达IR64抗性水平的90%以上。为研究内源SA在抗褐飞虱中的作用,我们利用日本晴（Nipponbare,NIP）的SA缺失转基因植株NIP（NahG）。褐飞虱接种3天后,感虫材料NIP尚未呈现明显受害症状,而NIP（NahG）的存活率则下降至20%左右。外施SA或BTH则可将NIP（NahG）存活率提高至90%左右,表明SA在和水稻抗褐飞虱途径中起着关键作用。SA含量测定结果表明褐飞虱取食后,RH较02428积累更多的SA。外源施加SA后,即使无褐飞虱取食时,也可以同时提高RH与02428中的二萜类植物抗毒素合成途径中基因的表达。这也说明Bph3识别褐飞虱取食后,可能通过激活RH中PAL途径积累较多的SA,SA作为信号分子调控了二萜类基础防御物质的表达进而达到防御目的。