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怀揣“万能解药”的超级害虫这回“栽”了 ——我国科学家揭示出防治烟粉虱全新路径

来源:农民日报 时间:2021-03-26 点击次数:1227


 

2021年3月25日,《Cell(细胞)》期刊在线发表中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队题为“Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plantt oxins”的研究长文,揭示了烟粉虱广泛寄主适应性的分子机制,提出高效防治烟粉虱的全新路径。该论文是我国农业昆虫学研究领域的首篇Cell文章,并被选为Cell的封面文章。

  《细胞》为一份同行评审科学期刊,主要发表生命科学领域中的最新研究发现,与《自然》和《科学》并列,是全世界最权威的三大学术期刊之一。

  比芝麻粒还小的烟粉虱貌不惊人,却是被粮农组织认定的世界第二大害虫,也是迄今为止唯一被科技界冠以“超级害虫”的重大农业害虫。它不仅刺吸植物汁液对其造成直接伤害,还能分泌蜜露诱发煤污病等植物真菌病害,还是病毒的超级载体,已知能够传播300余种病毒。2009年,仅烟粉虱传播的番茄黄化曲叶病病毒就给我国番茄产业造成了100多亿元的损失。极度多食性(其寄主植物超过600余种)和广泛的寄主适应性是其暴发成灾的主要原因。

  烟粉虱除危害番茄、黄瓜、西葫芦、茄子、豆类、十字花科蔬菜及果树、花卉、棉花等作物外,还寄生于多种杂草上,它的“食谱”多达600多种。更令人头疼的是,烟粉虱还具有发展抗药性的巨大潜力,目前已经显示出对超过50种杀虫剂有效成分的抗性。

  张友军研究员自2001年起就开始探索烟粉虱寄主适应性及其暴发成灾的机制。经过持续20年的研究,发现烟粉虱通过从植物中“劫持(hi?jack)”了水平转移基因BtPMaT1从而获得了广泛的寄主适应性。

  科学家已经了解,在动植物进化过程中,植物能够产生有毒的次级代谢产物来防御昆虫的侵害,如酚糖就是常见的植物防御化合物。但某些专食性昆虫如杨柳科的专食性害虫,可以通过特异的解毒酶来解毒酚糖。那么,烟粉虱几乎什么都能吃,它是靠什么机制对抗不同植物产生的酚糖呢?

  张友军团队利用生物信息学和分子生物学的方法,发现在烟粉虱基因组存在一个酚糖丙二酰基转移酶基因BtPMaT1,它属于植物源的水平转移基因。对植物来说,过量的酚糖对植物本身生长发育不利,所以植物利用PMaT基因代谢酚糖,以降低对其自身不利的影响。而烟粉虱就是通过水平基因转移获得BtPMaT1,具备了对酚糖的解毒能力。也就是说,烟粉虱通过“盗取”植物基因的办法让自己拥有一份“万能解药”。

  水平基因转移是相对于垂直基因转移(亲代传递给子代)而提出的,它打破了亲缘关系的界限,使基因流动的可能变得更为复杂。越来越多的证据表明,水平基因转移不仅是原核生物,也是真核生物适应性进化的重要因素。通过转移获得的新性状可以使物种利用新的资源,占据新的生态位。烟粉虱正是通过这种巧妙的进化方式,扩大了自己的“食谱”。

  张友军团队提出,干扰烟粉虱BtPMaT1基因可能是控制这种全球性重大害虫的高效方法。实验表明,持续干扰BtPMaT1基因,可以完全控制该害虫的危害。

  专业人士认为,这项研究将昆虫的功能性水平基因转移研究提升到一个新高度,是昆虫寄主适应性进化机制研究的重大突破。

农民日报·中国农网记者 王泽农


 

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