實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥在作物被病蟲害為害部位定向積累是精準(zhǔn)植保的理想境界。繼發(fā)現(xiàn)首個(gè)作物殺蟲劑轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsATL15（Xiao et al., 2022，Plant Biotechnology Journal）后，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)綠色農(nóng)藥全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐漢虹教授團(tuán)隊(duì)在水稻吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和定向積累殺蟲劑噻蟲嗪機(jī)制研究再獲新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子OsMADS55協(xié)同OsATL15調(diào)控水稻吸收噻蟲嗪（New Phytologist），而OsPHT4;4負(fù)責(zé)噻蟲嗪從莖到葉的轉(zhuǎn)運(yùn)（Plant Physiology and Biochemistry）。

該系列成果系統(tǒng)地從細(xì)胞到組織尺度解析了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)噻蟲嗪在水稻植株的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和定向積累機(jī)制，構(gòu)建了作物對(duì)農(nóng)藥吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的工作模式圖，在理論上闡述農(nóng)藥高效轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制，完善導(dǎo)向農(nóng)藥理論體系，為創(chuàng)制導(dǎo)向農(nóng)藥分子提供依據(jù)，為構(gòu)建農(nóng)藥定向積累作物新品種提供基因資源。

論文一：“OsMADS55 nuclear translocation enhances OsATL15 mediated thiamethoxam uptake in rice for controlling the brown planthopper”（New Phytologist)

團(tuán)隊(duì)先前克隆了噻蟲嗪高效利用吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsATL15并通過韌皮部特異表達(dá)該基因?qū)崿F(xiàn)了噻蟲嗪在稻飛虱為害部位的積累。然而，OsATL15如何響應(yīng)噻蟲嗪并協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制并不清楚。該論文主要揭示了轉(zhuǎn)錄因子OsMADS55與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsATL15之間的相互作用，進(jìn)而提高噻蟲嗪在水稻中吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，增強(qiáng)對(duì)稻飛虱的防治效果。

研究表明，OsMADS55與OsATL15在水稻質(zhì)膜上發(fā)生物理性相互作用，水稻細(xì)胞受噻蟲嗪后，OsMADS55從質(zhì)膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，并與OsATL15解離，從而增加了OsATL15在質(zhì)膜上的可用性，促進(jìn)了噻蟲嗪的吸收。植株吸收噻蟲嗪實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與野生型植株相比，osmads55突變體的根、莖和葉中噻蟲嗪含量分別提高了51.8%、47.6%和56.13%。而過表達(dá)OsMADS55則表現(xiàn)出噻蟲嗪吸收顯著減少。在稻飛虱生物測定實(shí)驗(yàn)中，osmads55突變體表現(xiàn)出較高死亡率。在30 μM噻蟲嗪處理后，osmads55突變體上稻飛虱死亡率達(dá)到83.11%，顯著高于野生型（58.58%）和過表達(dá)OsMADS55株系（43.22%），說明OsMADS55基因缺失能夠增強(qiáng)水稻對(duì)噻蟲嗪的吸收并提升了對(duì)稻飛虱的防控效果。

噻蟲嗪處理通過改變OsMADS55的亞細(xì)胞定位，促進(jìn)其從質(zhì)膜向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)位，進(jìn)而解除其對(duì)OsATL15的負(fù)調(diào)控作用，從而增強(qiáng)噻蟲嗪的吸收。這一發(fā)現(xiàn)為農(nóng)藥的精準(zhǔn)應(yīng)用提供了新的理論依據(jù)，尤其是針對(duì)水稻等作物的害蟲防治。通過精確調(diào)控OsMADS55的表達(dá)和定位，有望優(yōu)化噻蟲嗪在作物中的分布和吸收效率，提高農(nóng)藥有效利用率，并減少環(huán)境污染。

圖1 噻蟲嗪處理以O(shè)sATL15依賴方式促進(jìn)OsMADS55從質(zhì)膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核

圖2 OsMADS55基因植株吸收噻蟲嗪后對(duì)稻飛虱的防治效果比較

圖3OsMADS55與OsATL15互作模式圖

論文二：Knockout of OsPHT4;4enhances thiamethoxam accumulation in rice stems for improved brown planthopper control（Plant Physiology and Biochemistry）

該研究深入探討了磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsPHT4;4介導(dǎo)水稻中噻蟲嗪（THX）莖部定向積累防治稻飛虱（BPH）的功能，解析了噻蟲嗪進(jìn)入水稻植株后的轉(zhuǎn)運(yùn)與分布機(jī)制。研究鑒定到OsPHT4;4定位于水稻細(xì)胞質(zhì)膜和葉綠體包膜。在酵母和非洲爪蟾卵母細(xì)胞的異源表達(dá)實(shí)驗(yàn)中，OsPHT4;4顯著增強(qiáng)了噻蟲嗪的積累，表明其在細(xì)胞中具有積極的轉(zhuǎn)運(yùn)作用。OsPHT4;4突變體植株莖部積累了更多的噻蟲嗪，而葉片的積累則相對(duì)較少，這一變化顯著提高了對(duì)稻飛虱的防控效果。與此相反，過表達(dá)OsPHT4;4的水稻表現(xiàn)出較少的噻蟲嗪積累在莖部，更多的噻蟲嗪被轉(zhuǎn)運(yùn)到葉片，導(dǎo)致對(duì)稻飛虱的控制效果減弱。OsPHT4;4敲除突變體在使用30 μM的噻蟲嗪處理后，其稻飛虱死亡率高達(dá)83.11%，顯著高于野生型（58.58%）和過表達(dá)線（43.22%）。表明OsPHT4;4在噻蟲嗪的轉(zhuǎn)運(yùn)和分布中起著關(guān)鍵作用，尤其是在莖到葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，進(jìn)而影響了稻飛虱的防控效果。

兩篇論文第一作者均為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)-韶關(guān)學(xué)院博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地博士后肖鈺艷，通訊作者為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院徐漢虹教授和林菲教授。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院劉林川教授在論文結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和寫作思路上提供指導(dǎo)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)2025屆碩士研究生李澤璞、鄧舒淇和王可依，已畢業(yè)碩士研究生張漢林，在讀博士研究生黃庭鴻等參與該研究。

團(tuán)隊(duì)水稻吸收轉(zhuǎn)運(yùn)噻蟲嗪機(jī)制研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFD1401100)、國家自然科學(xué)基金(32402405)、廣東省自然科學(xué)基金 (2024A1515012959)和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金(2023A1515110959)等項(xiàng)目的資助。

相關(guān)論文鏈接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70234

https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2025.109910

文圖/植物保護(hù)學(xué)院