——我國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(guó)農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)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(píng)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(chóng)，也是迄今為止唯一被科技界冠以“超級(jí)害蟲(chóng)”的重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)。它不僅刺吸植物汁液對(duì)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(jí)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(guó)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(guò)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(shù)、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(duì)超過(guò)50種殺蟲(chóng)劑有效成分的抗性。
張友軍研究員自2001年起就開(kāi)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(guò)持續(xù)20年的研究，發(fā)現(xiàn)煙粉虱通過(guò)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(guò)程中，植物能夠產(chǎn)生有毒的次級(jí)代謝產(chǎn)物來(lái)防御昆蟲(chóng)的侵害，如酚糖就是常見(jiàn)的植物防御化合物。但某些專食性昆蟲(chóng)如楊柳科的專食性害蟲(chóng)，可以通過(guò)特異的解毒酶來(lái)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(duì)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(duì)植物來(lái)說(shuō)，過(guò)量的酚糖對(duì)植物本身生長(zhǎng)發(fā)育不利，所以植物利用PMaT基因代謝酚糖，以降低對(duì)其自身不利的影響。而煙粉虱就是通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移獲得BtPMaT1，具備了對(duì)酚糖的解毒能力。也就是說(shuō)，煙粉虱通過(guò)“盜取”植物基因的辦法讓自己擁有一份“萬(wàn)能解藥”。
水平基因轉(zhuǎn)移是相對(duì)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(lái)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(guò)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(guò)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(chóng)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(chóng)的危害。
專業(yè)人士認(rèn)為，這項(xiàng)研究將昆蟲(chóng)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(chóng)寄主適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制研究的重大突破。
農(nóng)民日?qǐng)?bào)·中國(guó)農(nóng)網(wǎng)記者 王澤農(nóng)
返回頂部