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我国成功破解“超级害虫”烟粉虱为害机理

来源:中国农网 时间:2021-03-26 点击次数:1246


 

将于4月1日出版的Cell封面

既不凶神恶煞,又非丑陋不堪,相反还带着一点柔弱,一丝娇嫩。这样一个白色或者灰黄色的,比芝麻粒还小的小飞虫,竟然被联合国粮农组织认定为世界第二大害虫,也是迄今为止唯一被科技界被冠以“超级害虫”的农业害虫。它,就是烟粉虱。

100多年前,烟粉虱最早在希腊的烟草上被发现,故而得名,很长一段时间不是中国主要的农业害虫。但是自上世纪90年代中后期,该虫陆续在全国范围内发生危害,其中对蔬菜、棉花等作物生产危害最为严重。在北京,烟粉虱对黄瓜、番茄、茄子、甜瓜和西葫芦的危害损失,严重时可达七成以上。

烟粉虱被称为“超级害虫”,是因为它不仅通过刺吸作物的汁液造成直接伤害,还能分泌蜜露诱发煤污病等植物真菌病害,传播300余种植物病毒病。2009年,仅烟粉虱传播的番茄黄化曲叶病就给我国番茄产业造成了100多亿元的损失。它几乎什么都能吃,超过600余种植物都是它的盘中餐,而且适应性极强,很容易暴发成灾。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。

科学家告诉我们,在大自然奇妙的进化过程中,植物能够产生一些有毒的物质来保护自己,减少昆虫侵害,如酚糖就是常见的植物防御化合物。俗话说,一物降一物。有些专食性昆虫如杨柳科的专食性害虫,也进化出了一种特异的解毒酶来解毒酚糖。然而,像烟粉虱这种杂食性害虫是靠什么绝招破解多种植物的防线呢?

2021年3月25日23时,《Cell(细胞)》杂志在线发表中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队的研究长文,揭示了烟粉虱广泛寄主适应性的分子机制,提出防治烟粉虱全新路径。这是我国农业害虫研究领域的首篇Cell文章,并被选为《Cell》的封面文章将于2021年4月1日正式出版。

《Cell》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。

谜底现在已经被揭开,因为“变态”的烟粉虱身上揣着一份“万能解药”——破解烟粉虱为害的路径也就豁然开朗了。

张友军研究员经过持续20年的研究,发现烟粉虱是通过从植物内部“窃取”了人家自家的“解药”才得以大快朵颐的。对植物来说,酚糖是防御外敌的需要,但过量的酚糖对本身生长发育不利,所以植物就利用PMaT基因代谢酚糖,以降低对其自身不利的影响。也就是说,这种基因就是植物的独门“解药”。说烟粉虱“变态”,就是它竟然通过水平基因转移的方式获得了BtPMaT1基因,具备了对酚糖的解毒能力。研究表明,该“盗窃”行动数千万年前就已经完成了。


张友军研究员介绍20年来团队研究烟粉虱的经历

水平基因转移也是一个专业的科学概念,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。我们可以这样理解,大自然奥秘无穷,万千物种都想方设法拓展自己的生存空间,“万类霜天竞自由”。通过基因转移获得的新性状可以使物种得以利用新的资源,占据更优的生态位置。烟粉虱就是这样一个幸运儿,通过这种巧妙的进化方式,扩展了自己的“食谱”,手中有粮,心中不慌。


本文通讯作者张友军研究员(中)和本文第一作者夏吉星副研究员(左)、郭兆将研究员(右)在实验室观察番茄上烟粉虱的实验情况

有专家认为,本研究首次利用生物信息学、分子生物学、生物化学、转基因、生物学测定等方法多个层面证明,烟粉虱利用植物自身基因代谢植物产生的有毒次级代谢产物,正如我国战国时期著名思想家韩非子所写的“以子之矛攻子之盾”,是大自然的神奇造化。


以子之矛攻子之盾

但对于损害人类利益的生物“军团”,我们还是要加以遏制的。

张友军团队在论文中提出,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。也就是说,想办法让它的“万能解药”失效。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,是多食性昆虫寄主适应性进化机制研究的重大突破。

作者:农民日报·中国农网记者 王泽农


 

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