细胞内快速酸化是一种新型植物对抗褐飞虱的防御反应

褐飞虱 (BPH) 是水稻中最具破坏性的害虫。通过探针，BPH 将过多的唾液蛋白分泌到水稻韧皮部细胞中，这是感染的关键步骤。然而，人们对各种唾液蛋白如何在水稻细胞中发挥作用以促进昆虫侵扰知之甚少。其中，一种唾液蛋白被预测为碳酸酐酶（NlCA）。NlCA-RNA 干扰 (RNAi) BPH 昆虫在水稻上的存活率极低，表明这种唾液蛋白在 BPH 侵染中起着至关重要的作用（图 1）。 

图 1. NlCA RNAi BPH 在水稻品种日本晴中的存活率

我们培育了 NICA 转基因水稻植物，发现在水稻植物中表达的 NlCA 可以恢复 NlCA-RNAi BPH 在水稻上存活的能力（图 2）。 

图 2. NlCA 在维持水稻细胞内pH中的作用

接下来，我们生产了表达 pH 传感器 pHusion 的水稻植物，发现 NlCA-RNAi BPH 在进食过程中诱导了水稻细胞的快速细胞内酸化（图 3）。 

图 3. NICA抑制胼胝质沉积和防御基因表达

进一步分析表明，NlCA-RNAi BPH 喂养和人工降低细胞内 pH 激活植物防御反应，并且 NICA 介导的细胞内 pH 稳定与防御反应减弱有关，包括韧皮部筛板上的胼胝质沉积减少和防御基因表达抑制。鉴于 pH 稳态在生命进程中的重要性，NICA 介导的细胞内 pH 调节的发现揭示了植物与刺吸式害虫之间相互作用的新维度。NICA 对水稻 BPH 侵染的关键作用表明 NICA 是植物 BPH 控制策略的化学或基于跨界 RNAi 灭活的有希望的目标。

https://doi.org/10.1101/2023.05.24.542203