苗雪霞（中国科学院植物生理生态研究所）
1.主要研究方向及内容
主要从事植物抗虫和害虫防治相关的研究。在植物抗虫领域，本团队主要以水稻和稻飞虱为研究体系，以水稻抗虫种质资源和水稻突变体为研究材料，通过抗虫基因克隆、功能验证及抗虫机制分析，研究基因的生理功能及其参与的代谢调控网络，阐明植物抗虫的分子机制，验证水稻的抗虫性与产量、品质间的关系，为抗虫基因在水稻育种中的应用提供理论依据。在害虫防治领域，以亚洲玉米螟、棉铃虫等重要农业害虫为研究对象，利用反向遗传学手段获得害虫生长发育过程中的关键调控基因，研究基因的功能，探索将靶标基因应用于害虫无公害防治的可行性。
2.代表性成果
揭示ET和JA信号途径相互应答介导水稻响应刺吸式口器昆虫取食的分子机制
植物激素如JA、SA和ET等信号形成一个复杂的调控网络，是组成植物抗性信号途径的基础，介导了各种生物和非生物胁迫。已有的研究表明：在拟南芥中JA和ET信号通路在调控咀嚼式口器昆虫时起拮抗作用（Memelink，2009；Verhage et al.，2011）。那么，在植物抵御刺吸式昆虫取食的过程中，ET和JA之间是否存在相互作用，以及相互作用的机制如何？为了揭示这一现象，通过微阵列分析，我们发现一个ET信号通路的基因OsEBF1能够响应褐飞虱的取食。遗传分析表明，ET信号途径的信号分子，OsEBF1和OsEIL1分别正调控和负调控水稻抗褐飞虱。分子和生化分析表明，二者之间存在直接的相互作用，OsEBF1能够通过泛素化途径介导OsEIL1的降解，说明ET信号途径负调控水稻抗褐飞虱。RNA-seq数据表明，OsEIL1突变体中JA信号途径的基因OsLOX9被显著下调。生化分析证明了OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控。本研究揭示了JA 和ET信号途径协同负调控水稻对刺吸式口器昆虫的抗性，OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控介导了二者的协同性。OsEIL1-OsLOX9是介导ET和JA信号途径相互应答的新的信号交叉位点（图9，Ma et al.，2020）。
揭示了miRNA调控水稻抗性和产量的分子机制
为了揭示miRNA参与的水稻和褐飞虱互作机制，团队进行了miRNA测序，并鉴定出响应褐飞虱取食的OsmiR396。通过在三个不同遗传背景的水稻品种中超表达靶基因类似物（MIM396）以封闭OsmiR396，发现OsmiR396负调控水稻对褐飞虱的抗性。水稻中miR396的靶基因Growth Regulating Factor（OsGRF）共有12个，其中C.EBF1过表达提高了水稻对褐飞虱的抗性OsGRF8是对褐飞虱取食响应比较明显的一个靶基因。过表达OsGRF8的转基因植株表现出对褐飞虱的抗性。说明OsGRF8是介导OsmiR396对褐飞虱的抗性的一个下游因子。同时，我们发现，MIM396和GRF8OE植株中类黄酮的含量均增加；而且人工施加类黄酮能够显著增强野生型水稻对褐飞虱的抗性。在MIM396植株中，若干类黄酮合成基因的表达被显著上调，说明OsmiR396/OsGRF8模块很可能通过调控类黄酮的合成调节对褐飞虱的抗性。为证明该发现的普遍性，选取了39份天然水稻植株进行分析，发现水稻材料中类黄酮含量的增加和褐飞虱抗性呈现正相关。
图9 JA和ET信号途径互作调控了水稻对褐飞虱的抗性
A.JA和ET信号调控水稻对褐飞虱抗性的模式图；B.OsEIL1突变提高了水稻对褐飞虱的抗性；
进一步通过electrophoretic mobility shift assay（EMSA）、Chromatin Immunoprecipitation （ChIP）、酵母单杂交等生化分析技术，证明了类黄酮生物合成途径中的黄烷酮3-羟化酶（OsF3H）基因受OsGRF8的直接转录调控。通过对OsF3H的遗传功能进行分析显示其正调控水稻类黄酮含量和褐飞虱抗性。OsmiR396和OsF3H之间的遗传相关性分析表明：通过RNAi下调OsF3H的功能，MIM396植株对褐飞虱的抗性得到恢复，同时也降低了MIM396植株中的类黄酮含量。总之，研究结果表明，OsF3H位于OsmiR396/OsGRF8模块的遗传下游，由OsmiR396、OsGRF8、OsF3H构成的遗传途径综合调控水稻中类黄酮的含量和抗褐飞虱性能（图10）。(https://www.daowen.com)
图10 OsmiR396通过调控类黄酮的合成调节水稻对褐飞虱的抗性
在野生型水稻中，OsmiR396抑制靶基因OsGRF8的表达，OsGRF8蛋白正调控OsF3H的表达，因此野生型水稻中类黄酮合成途径被OsmiR396/OsGRF8抑制，造成植株对褐飞虱敏感。而在MIM396植株中，OsmiR396的表达被MIM396竞争性地抑制，从而释放了OsGRF8，使得OsGRF8可以促进OsF3H的表达，从而造成了类黄酮含量的提高，使得MIM396植株对褐飞虱产生抗性。
3.代表性论文
Yang X,Zhao X,Dai Z,Ma F,Miao X,Shi Z.OsmiR396/growth regulating factor modulate rice grain size through direct regulation of embryo-specific miR408.Plant Physiology,2021,186(1):519-533.
Guo H,Li H,Zhou S,Xue H,Miao X.Deficiency of mitochondrial outer membrane protein 64 confers rice resistance to both piercing-sucking and chewing insects in rice.Journal of Integrative Plant Biology,2020,62(12):1 967-1 982.
Ma F,Yang X,Shi Z,Miao X.Novel crosstalk between ethylene- and jasmonic acid-pathway responses to a piercing-sucking insect in rice.New Phytologist,2020,225:474-487.
Guan R,Chen Q,Li H,Hu S,Miao X,Wang G,Yang B.Knockout of the HaREase gene improves the stability of dsRNA and increases the sensitivity of Helicoverpa armigera to Bacillus thuringiensis toxin.Frontiers in Physiology,2019,10:1 368.
Yang X,Wang J,Dai Z,Zhao X,Miao X,Shi Z.miR156f integrates panicle architecture through genetic modulation of branch number and pedicel length pathways.Rice,2019,12(40):1-11.
Wang M,Yang D,Ma F,Zhu M,Shi Z,Miao X.OsHLH61-OsbHLH96 influences rice defense to brown planthopper through regulating the pathogen-related genes.Rice,2019,12(9):1-12.
Dai Z,Tan J,Zhou C,Yang XF,Yang Fang,Zhang S,Sun S,Miao X,Shi Z.The OsmiR396-OsGRF8-OsF3H-flavonoid pathway mediates resistance to the brown planthopper in rice (Oryza sativa).Plant Biotechnology Journal,2019,17:1 657-1 669.
