娄永根（浙江大学）
1.主要研究方向及内容
长期围绕水稻诱导抗虫反应的分子机制及其生物学/生态学功能开展研究，重点剖析茉莉酸、水杨酸、乙烯和MAPK等防御信号途径以及相关受体、转录因子在调控水稻诱导抗虫反应中的作用，鉴定害虫激发子/效应子以及探索挥发物在影响水稻-害虫-天敌三级营养关系中的作用。在此基础上，发掘重要的功能基因与生态功能分子，开发基于昆虫行为和植物抗性调控的害虫防控新技术。
2.代表性成果
深入剖析了植物诱导抗虫反应的化学基础
研究发现，水稻体内5-羟色胺和水杨酸的生物合成均起源于分支酸且二者相互负调控，即水杨酸通过抑制5-羟色胺合成酶基因CYP71A1表达减少5-羟色胺合成，反之亦然；褐飞虱、二化螟为害能够诱导感性水稻品种中的CYP71A1表达，促进5-羟色胺合成且降低水杨酸含量，而抗性品种中的CYP71A1则不受影响，以此保持较低的5-羟色胺和较高的水杨酸水平；进一步研究发现，5-羟色胺有利于褐飞虱和二化螟的生长发育（图6）。本研究成果对于水稻乃至其他作物的抗虫育种具有重要意义，相关论文发表于Nature Plants，授权国家发明专利1项。
此外，以千里光-昆虫-天敌为研究对象，系统比较了本土和入侵种群千里光的挥发物组成及含量，发现入侵种群的组成型挥发物释放量显著高于本土种群，对专食性昆虫具有更强的引诱作用，而对广食性昆虫具有更强的驱避作用；相反，虫害诱导本土种群挥发物释放量高于入侵种群，对寄生蜂具有更强的吸引作用。该研究首次证实了挥发物对植物种群适合度进化的影响，相关论文发表于Current Biology。
图6 5-羟色胺与水稻抗虫性密切相关
开发了基于生态功能分子的害虫防控新技术
基于植物诱导抗虫反应机制，结合化学遗传学方法，建立了植物抗性诱导剂的高通量筛选平台，并对筛选获得的4-氟苯氧乙酸（4-FPA）、Bis、WJ-153等水稻抗虫诱导剂进行了深入研究。研究发现，4-FPA能够诱导水稻细胞中类黄酮聚合物沉积，导致稻飞虱（白背飞虱、褐飞虱、灰飞虱）口针难以抵达水稻韧皮部，无法正常取食而大量死亡；喷施4-FPA有效降低了稻田褐飞虱和白背飞虱的种群密度，显著提高了水稻产量，且对天敌安全（图7）；此外，4-FPA还能够降低麦长管蚜和禾谷缢管蚜的存活率，从而提高小麦和大麦的抗虫性，表现出良好的应用潜力。Bis不仅能够显著提高水稻对二化螟和稻飞虱的直接抗性，还能通过影响水稻挥发物组成提高稻虱缨小蜂的寄生率。水稻根吸收WJ-153后会导致褐飞虱和白背飞虱的卵大量死亡，且引起卵死亡的原因主要与水稻体内的乙烯等信号途径有关。此外，通过室内生测及田间试验，发现了α-姜烯对稻虱缨小蜂具有驱避作用，并进一步证实水稻通过调控自身的挥发物含量帮助天敌区分寄主生境。这些研究成果不仅揭示了水稻防御反应的新机制，而且为水稻害虫的绿色防控提供了新思路，相关论文发表于PNAS、Plant，Cell & Environment等刊物，授权国家发明专利多项。
3.代表性论文
Lin TT,Vrieling K,Laplanche D,Klinkhamer P,Lou YG,Bekooy L,Degen T,Bustos-Segura C,Turlings T and Desurmont G.Evolutionary changes in an invasive plant support the defensive role of plant volatiles.Current Biology,2021,31 (15):3 450-3 456.(https://www.daowen.com)
Xu J,Wang XJ,Zu HY,Zeng X,Baldwin I,Lou YG and Li R.Molecular dissection of rice phytohormone signaling involved in resistance to a piercing-sucking herbivore.New Phytologist,2021,230 (4):1 639-1 652.
Fu WJ,Jin GC,Jiménez-Alemán G,Wang XJ,Song JJ,Li SH,Lou YG and Li R.The jasmonic acid-amino acid conjugates JA-Val and JA-Leu are involved in rice resistance to herbivores.Plant,Cell & Environment,2021,DOI10.1111/pce.14 202.
Wang WW,Zhou PY,Mo XC,Hu LF,Jin N,Chen X,Yu ZX,Meng JP,Erb M,Shang ZC,Gatehouse A,Wu J and Lou YG.Induction of defense in cereals by 4-fluorophenoxyacetic acid suppresses insect pest populations and increases crop yields in the field.PNAS,2020,117 (22):12 017-12 028.
Li CZ,Sun H,Gao Q,Bian FY,Noman A,Xiao WH,Zhou GX and Lou YG.Host plants alter their volatiles to help a solitary egg parasitoid distinguish habitats with parasitized hosts from those without.Plant,Cell &Environment,2020,43 (7):1-11.
Ye M,Kuai P,Hu LF,Ye MF,Sun H,Erb M and Lou YG.Suppression of a leucine-rich repeat receptor-like kinase enhances host plant resistance to a specialist herbivore.Plant,Cell & Environment,2020,43 (10):2 571-2 585.
Ye M,Glauser G,Lou YG,Erb M and Hu LF.Molecular dissection of early defense signaling underlying volatilemediated defense regulation and herbivore resistance in rice.The Plant Cell,2019,31 (3):687-698.
Li JC,Liu XL,Wang Q,Huangfu JY,Schuman MC and Lou YG.A Group D MAPK protects plants from autotoxicity by suppressing herbivore-induced defense signaling.Plant Physiology,179 (4):1 386-1 401.
Hu LF,Ye M,Kuai P,Ye MF,Erb M and Lou YG.OsLRR-RLK1,an early responsive leucine-rich repeat receptor like kinase,initiates rice defense responses against a chewing herbivore.New Phytologist,2018,219 (3):1 097-1 111.
Lu HP,Luo T,Fu HW,Wang L,Tan YY,Huang JZ,Wang Q,Ye GY,Gatehouse AMR,Lou YG and Shu QY.Resistance of rice to insect pests mediated by suppression of serotonin biosynthesis.Nature Plants,2018,4 (6):338-344.
图7 4-氟苯氧乙酸能够提高植物抗虫性
