水稻橙叶病植原体在电光叶蝉体内的侵染循回和增殖机制

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https://doi.org/10.1186/s42483-022-00140-2

中国是世界上最大的水稻生产国和稻米消费国。水稻是我国第一大口粮作物、全国超65%人口的主食，其产量关乎国家粮食安全的命脉。水稻在其生长周期中可遭受多种病害侵染，造成产量损失。病害已成为水稻生产过程中重要的制约因素。

水稻橙叶病 (Rice orange leaf disease, ROLD) 是在水稻上爆发流行的一种植原体病害，其病原为水稻橙叶病植原体 (Rice orange leaf phytoplasma, ROLP)。该病害在20世纪60年代于泰国首次被发现，随后在印度尼西亚、菲律宾、印度和马来西亚等东南亚及南亚等国家均有相关报道。1978年，我国科学家首次在云南西双版纳地区发现ROLD。近年来，ROLD在我国华南水稻产区福建、广东、广西等省份爆发流行，并有愈演愈烈的趋势。ROLP侵染水稻于分蘖期发病明显，叶片逐渐黄化，从基部叶片的叶尖向中下部扩展，直至全部叶片变为鲜明的橙黄色，病部黄绿分界明显。病株根系不发达，分蘖少或不分蘖，易干枯致死，不枯萎的植株则表现为抽穗晚、稻穗少且扭曲，空粒多、千粒重下降等现象，在生产和经济上造成巨大的损失。

植原体属于韧皮部专性寄生病原物，难以体外培养，因此目前对水稻植原体病害相关研究进展缓慢。前期已有研究表明，ROLP通过电光叶蝉以持久增殖的方式进行传播，介体昆虫具有获菌率高、传菌时间长的特点，并能够动态越冬、持续传菌。切断ROLP通过电光叶蝉传播的途径是防控病害的关键，但是ROLP在介体电光叶蝉体内的侵染循回及增殖机制并不明确。

Phytopathology Research 今日在线发表了福建农林大学媒介病毒研究中心题为“Detection and characterization of rice orange leaf phytoplasma infection in rice and Recilia dorsalis”的文章。该研究通过对ROLP外膜蛋白Imp的结构分析，制备了能够特异性检测和标记ROLP菌体的抗体，并利用冷冻切片、免疫荧光和免疫电镜等技术对该病原物在水稻和昆虫细胞内的分布和增殖机制进行了深入研究，从细胞水平上展示了ROLP是如何进入昆虫体内进行增殖和传播到水稻的动态过程。该研究观察到电光叶蝉取食带菌水稻后，ROLP通过内吞作用和胞吐机制穿过昆虫体内的多层组织屏障，最终到达Ⅳ型和Ⅴ型唾液腺形成系统侵染，再次取食后ROLP随唾液进入寄主植物维管束细胞内完成整个侵染循回。同时，该研究发现在水稻和电光叶蝉细胞内，ROLP以一种独特的不对称出芽的方式进行增殖。在增殖初期，自ROLP母细胞顶端外膜表面局部形成一个电子致密的突起，即芽细胞。随着芽细胞的膨大，其外膜与母细胞外膜连接处向内凹陷，最终与母细胞脱离形成成熟的子细胞开启新一轮增殖。该研究系统地描述了ROLP通过介体电光叶蝉持久传播和增殖的机制，为水稻橙叶病的预警和有效防控奠定基础。

Fig. 1 Infection route of ROLPs in the internal organs or tissues of its leafhopper vector R. dorsalis

Fig. 2 The multiplication of ROLPs in R. dorsalis cell

福建农林大学媒介病毒研究中心虫媒传播作物病害机制及生态防控团队张晓峰副教授为文章第一作者，研究生季贞希和黄哲珺为共同第一作者，魏太云研究员为文章的通讯作者。本研究得到了国家自然基金面上项目(31871931)、国家自然基金重点国际（地区）合作项目(31920103014)和福建农林大学创新项目(CXZX2020023A)的资助。

福建农林大学媒介病毒研究中心虫媒传播作物病害机制及生态防控团队致力于昆虫–植物–病原物相互作用机理研究和虫传病害生态防控技术的开发和应用，旨在水稻病毒、植原体、柑橘黄龙病等媒介传播病害研究领域开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新性研究。

Cite this article:

Zhang, X., Ji, Z., Huang, Z. et al. Detection and characterization of rice orange leaf phytoplasma infection in rice and Recilia dorsalis. Phytopathol Res. 2022; 4: 34. https://doi.org/10.1186/s42483-022-00140-2

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