深圳子科生物報道：

害蟲是農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的大敵。據(jù)報道，每年蟲害對全球作物、牧場和森林造成的經(jīng)濟損失高達2500億美元。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，蟲害也是造成糧食損失的重要原因。為防治害蟲，農(nóng)民需要使用大量的農(nóng)藥，不但極大地增加了生產(chǎn)成本，而且還會對人體健康和環(huán)境安全造成嚴重危害。因此，培育抗蟲作物品種是控制害蟲危害最為綠色、經(jīng)濟、有效的辦法。

在國際上，轉(zhuǎn)基因的抗蟲Bt棉花和Bt玉米品種的育成和使用為防治鱗翅目害蟲如棉鈴蟲、玉米螟的危害發(fā)揮了重要作用。然而，由于Bt作物大多只對鱗翅目害蟲有效，而對其他重要害蟲如蚜蟲等沒有效果，加之民眾對轉(zhuǎn)基因食品安全的擔(dān)憂，因此，我國目前除了Bt棉外，這項技術(shù)尚未在糧食作物生產(chǎn)中加以應(yīng)用。這就迫切需要利用植物自身對害蟲的抗性來培育抗蟲品種。不過，這種抗蟲品種的選育受到了來自抗蟲種質(zhì)資源缺乏以及抗蟲機制認識不足的嚴重制約。

《自然?植物》（Nature Plants，IF=10.3）于2018年5月7日以“Resistance of Rice to Insect Pests Mediated by Suppression of Serotonin Biosynthesis”為題在線發(fā)表了浙江大學(xué)聯(lián)合有關(guān)單位完成的一項研究成果。該項研究以水稻為材料，發(fā)現(xiàn)了水稻與害蟲對植株體內(nèi)5-羥色胺生物合成的調(diào)控體現(xiàn)了水稻對害蟲的抗性或感性。在植物體內(nèi)，5-羥色胺和水楊酸的生物合成起自共同的源頭物質(zhì)分支酸；研究人員發(fā)現(xiàn)，兩者的生物合成存在相互負調(diào)控現(xiàn)象，即水楊酸可以抑制5-羥色胺合成酶基因的表達從而減少5羥色胺的合成，反之亦然。

當(dāng)抗性水稻品種受到害蟲（褐飛虱、二化螟等）為害時，水稻中合成5-羥色胺的基因CYP71A1轉(zhuǎn)錄不被誘導(dǎo)，從而導(dǎo)致水稻中水楊酸含量升高和5-羥色胺含量降低；而在感蟲品種受到害蟲為害時，害蟲可促進CYP71A1的轉(zhuǎn)錄，從而引起水楊酸含量下降和5-羥色胺含量上升。

研究中也證實，水稻中高含量的5-羥色胺有利于褐飛虱和螟蟲等害蟲的生長發(fā)育。因此，褐飛虱和水稻之間的“軍備競賽”在一定程度上體現(xiàn)在了對水稻體內(nèi)5-羥色胺生物合成的調(diào)控上。

由于植物中均存在5-羥色胺和水楊酸合成代謝通路，5-羥色胺合成酶基因在不同作物中相對保守，因此，本項研究成果對水稻及其它作物的抗蟲育種都具有重要指導(dǎo)意義。在該項研究中，作者還利用最新基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9快速培育出了抗褐飛虱、抗螟蟲的非轉(zhuǎn)基因材料，不但為水稻抗蟲育種提供新的方向，也為采用基因編輯技術(shù)在其他作物中培育抗蟲品種提供了思路（例如，麥類作物抗蚜蟲材料的創(chuàng)制）。

這項研究由浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院/水稻生物學(xué)國家重點實驗室舒慶堯教授（作物所）、婁永根教授（昆蟲所）、葉恭銀教授（昆蟲所）合作，并聯(lián)合嘉興市農(nóng)科院、無錫哈勃生物種業(yè)技術(shù)研究院有限公司、英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)（New Castle University, UK）共同完成。本項目得到國家重點研發(fā)計劃、浙江省重大農(nóng)業(yè)（糧食）品種選育專項、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項、浙江大學(xué)大北農(nóng)教育基金、浙江大學(xué)水稻及主要經(jīng)濟作物育種科技聯(lián)盟等項目的資助。浙江大學(xué)博士后蘆海平、博士生羅婷和嘉興市農(nóng)科院富昊偉研究員為共同第一作者，浙江大學(xué)舒慶堯教授、婁永根教授和英國紐卡斯?fàn)朑atehouse AMR教授為共同通信作者。