实现农药在作物被病虫害为害部位定向积累是精准植保的理想境界。继发现首个作物杀虫剂转运蛋白OsATL15（Xiao et al., 2022，Plant Biotechnology Journal）后，华南农业大学绿色农药全国重点实验室徐汉虹教授团队在水稻吸收转运和定向积累杀虫剂噻虫嗪机制研究再获新进展，发现转录因子OsMADS55协同OsATL15调控水稻吸收噻虫嗪（New Phytologist），而OsPHT4;4负责噻虫嗪从茎到叶的转运（Plant Physiology and Biochemistry）。
该系列成果系统地从细胞到组织尺度解析了转运蛋白介导噻虫嗪在水稻植株的吸收转运和定向积累机制，构建了作物对农药吸收转运的工作模式图，在理论上阐述农药高效转运的分子机制，完善导向农药理论体系，为创制导向农药分子提供依据，为构建农药定向积累作物新品种提供基因资源。
论文一：“OsMADS55 nuclear translocation enhances OsATL15 mediated thiamethoxam uptake in rice for controlling the brown planthopper”（New Phytologist)
团队先前克隆了噻虫嗪高效利用吸收转运蛋白基因OsATL15并通过韧皮部特异表达该基因实现了噻虫嗪在稻飞虱为害部位的积累。然而，OsATL15如何响应噻虫嗪并协调转运网络的机制并不清楚。该论文主要揭示了转录因子OsMADS55与转运蛋白OsATL15之间的相互作用，进而提高噻虫嗪在水稻中吸收转运，增强对稻飞虱的防治效果。
研究表明，OsMADS55与OsATL15在水稻质膜上发生物理性相互作用，水稻细胞受噻虫嗪后，OsMADS55从质膜转移到细胞核，并与OsATL15解离，从而增加了OsATL15在质膜上的可用性，促进了噻虫嗪的吸收。植株吸收噻虫嗪实验结果表明，与野生型植株相比，osmads55突变体的根、茎和叶中噻虫嗪含量分别提高了51.8%、47.6%和56.13%。而过表达OsMADS55则表现出噻虫嗪吸收显著减少。在稻飞虱生物测定实验中，osmads55突变体表现出较高死亡率。在30 μM噻虫嗪处理后，osmads55突变体上稻飞虱死亡率达到83.11%，显著高于野生型（58.58%）和过表达OsMADS55株系（43.22%），说明OsMADS55基因缺失能够增强水稻对噻虫嗪的吸收并提升了对稻飞虱的防控效果。
噻虫嗪处理通过改变OsMADS55的亚细胞定位，促进其从质膜向细胞核的转位，进而解除其对OsATL15的负调控作用，从而增强噻虫嗪的吸收。这一发现为农药的精准应用提供了新的理论依据，尤其是针对水稻等作物的害虫防治。通过精确调控OsMADS55的表达和定位，有望优化噻虫嗪在作物中的分布和吸收效率，提高农药有效利用率，并减少环境污染。
图1 噻虫嗪处理以OsATL15依赖方式促进OsMADS55从质膜转移到细胞核
图2 OsMADS55基因植株吸收噻虫嗪后对稻飞虱的防治效果比较
图3OsMADS55与OsATL15互作模式图
论文二：Knockout of OsPHT4;4enhances thiamethoxam accumulation in rice stems for improved brown planthopper control（Plant Physiology and Biochemistry）
该研究深入探讨了磷酸盐转运蛋白OsPHT4;4介导水稻中噻虫嗪（THX）茎部定向积累防治稻飞虱（BPH）的功能，解析了噻虫嗪进入水稻植株后的转运与分布机制。研究鉴定到OsPHT4;4定位于水稻细胞质膜和叶绿体包膜。在酵母和非洲爪蟾卵母细胞的异源表达实验中，OsPHT4;4显著增强了噻虫嗪的积累，表明其在细胞中具有积极的转运作用。OsPHT4;4突变体植株茎部积累了更多的噻虫嗪，而叶片的积累则相对较少，这一变化显著提高了对稻飞虱的防控效果。与此相反，过表达OsPHT4;4的水稻表现出较少的噻虫嗪积累在茎部，更多的噻虫嗪被转运到叶片，导致对稻飞虱的控制效果减弱。OsPHT4;4敲除突变体在使用30 μM的噻虫嗪处理后，其稻飞虱死亡率高达83.11%，显著高于野生型（58.58%）和过表达线（43.22%）。表明OsPHT4;4在噻虫嗪的转运和分布中起着关键作用，尤其是在茎到叶片的转运过程中，进而影响了稻飞虱的防控效果。
两篇论文第一作者均为华南农业大学-韶关学院博士后创新实践基地博士后肖钰艳，通讯作者为华南农业大学植物保护学院徐汉虹教授和林菲教授。华南农业大学林学与风景园林学院刘林川教授在论文结构设计和写作思路上提供指导。华南农业大学2025届硕士研究生李泽璞、邓舒淇和王可依，已毕业硕士研究生张汉林，在读博士研究生黄庭鸿等参与该研究。
团队水稻吸收转运噻虫嗪机制研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1401100)、国家自然科学基金(32402405)、广东省自然科学基金 (2024A1515012959)和广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515110959)等项目的资助。
相关论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70234
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2025.109910
文图/植物保护学院
