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懷揣“萬能解藥”的超級害蟲這回“栽”了

——我國科學(xué)家揭示出防治煙粉虱全新路徑

2021-03-26 17:23:36   

2021年3月25日,《Cell(細(xì)胞)》期刊在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)題為“Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plantt oxins”的研究長文,揭示了煙粉虱廣泛寄主適應(yīng)性的分子機(jī)制,提出高效防治煙粉虱的全新路徑。該論文是我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)研究領(lǐng)域的首篇Cell文章,并被選為Cell的封面文章。

《細(xì)胞》為一份同行評審科學(xué)期刊,主要發(fā)表生命科學(xué)領(lǐng)域中的最新研究發(fā)現(xiàn),與《自然》和《科學(xué)》并列,是全世界最權(quán)威的三大學(xué)術(shù)期刊之一。

比芝麻粒還小的煙粉虱貌不驚人,卻是被糧農(nóng)組織認(rèn)定的世界第二大害蟲,也是迄今為止唯一被科技界冠以“超級害蟲”的重大農(nóng)業(yè)害蟲。它不僅刺吸植物汁液對其造成直接傷害,還能分泌蜜露誘發(fā)煤污病等植物真菌病害,還是病毒的超級載體,已知能夠傳播300余種病毒。2009年,僅煙粉虱傳播的番茄黃化曲葉病病毒就給我國番茄產(chǎn)業(yè)造成了100多億元的損失。極度多食性(其寄主植物超過600余種)和廣泛的寄主適應(yīng)性是其暴發(fā)成災(zāi)的主要原因。

煙粉虱除危害番茄、黃瓜、西葫蘆、茄子、豆類、十字花科蔬菜及果樹、花卉、棉花等作物外,還寄生于多種雜草上,它的“食譜”多達(dá)600多種。更令人頭疼的是,煙粉虱還具有發(fā)展抗藥性的巨大潛力,目前已經(jīng)顯示出對超過50種殺蟲劑有效成分的抗性。

張友軍研究員自2001年起就開始探索煙粉虱寄主適應(yīng)性及其暴發(fā)成災(zāi)的機(jī)制。經(jīng)過持續(xù)20年的研究,發(fā)現(xiàn)煙粉虱通過從植物中“劫持(hi?jack)”了水平轉(zhuǎn)移基因BtPMaT1從而獲得了廣泛的寄主適應(yīng)性。

科學(xué)家已經(jīng)了解,在動(dòng)植物進(jìn)化過程中,植物能夠產(chǎn)生有毒的次級代謝產(chǎn)物來防御昆蟲的侵害,如酚糖就是常見的植物防御化合物。但某些專食性昆蟲如楊柳科的專食性害蟲,可以通過特異的解毒酶來解毒酚糖。那么,煙粉虱幾乎什么都能吃,它是靠什么機(jī)制對抗不同植物產(chǎn)生的酚糖呢?

張友軍團(tuán)隊(duì)利用生物信息學(xué)和分子生物學(xué)的方法,發(fā)現(xiàn)在煙粉虱基因組存在一個(gè)酚糖丙二?;D(zhuǎn)移酶基因BtPMaT1,它屬于植物源的水平轉(zhuǎn)移基因。對植物來說,過量的酚糖對植物本身生長發(fā)育不利,所以植物利用PMaT基因代謝酚糖,以降低對其自身不利的影響。而煙粉虱就是通過水平基因轉(zhuǎn)移獲得BtPMaT1,具備了對酚糖的解毒能力。也就是說,煙粉虱通過“盜取”植物基因的辦法讓自己擁有一份“萬能解藥”。

水平基因轉(zhuǎn)移是相對于垂直基因轉(zhuǎn)移(親代傳遞給子代)而提出的,它打破了親緣關(guān)系的界限,使基因流動(dòng)的可能變得更為復(fù)雜。越來越多的證據(jù)表明,水平基因轉(zhuǎn)移不僅是原核生物,也是真核生物適應(yīng)性進(jìn)化的重要因素。通過轉(zhuǎn)移獲得的新性狀可以使物種利用新的資源,占據(jù)新的生態(tài)位。煙粉虱正是通過這種巧妙的進(jìn)化方式,擴(kuò)大了自己的“食譜”。

張友軍團(tuán)隊(duì)提出,干擾煙粉虱BtPMaT1基因可能是控制這種全球性重大害蟲的高效方法。實(shí)驗(yàn)表明,持續(xù)干擾BtPMaT1基因,可以完全控制該害蟲的危害。

專業(yè)人士認(rèn)為,這項(xiàng)研究將昆蟲的功能性水平基因轉(zhuǎn)移研究提升到一個(gè)新高度,是昆蟲寄主適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制研究的重大突破。

農(nóng)民日報(bào)·中國農(nóng)網(wǎng)記者 王澤農(nóng)

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