——我國科學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（細胞）》期刊在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所張友軍團隊題為“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性的分子機制，提出高效防治煙粉虱的全新路徑。該論文是我國農(nóng)業(yè)昆蟲學研究領域的首篇Cell文章，并被選為Cell的封面文章。
《細胞》為一份同行評審科學期刊，主要發(fā)表生命科學領域中的最新研究發(fā)現(xiàn)，與《自然》和《科學》并列，是全世界最權威的三大學術期刊之一。
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）和廣泛的寄主適應性是其暴發(fā)成災的主要原因。
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性及其暴發(fā)成災的機制。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性。
科學家已經(jīng)了解，在動植物進化過程中，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，它是靠什么機制對抗不同植物產(chǎn)生的酚糖呢？
張友軍團隊利用生物信息學和分子生物學的方法，發(fā)現(xiàn)在煙粉虱基因組存在一個酚糖丙二?；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，它打破了親緣關系的界限，使基因流動的可能變得更為復雜。越來越多的證據(jù)表明，水平基因轉(zhuǎn)移不僅是原核生物，也是真核生物適應性進化的重要因素。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化方式，擴大了自己的“食譜”。
張友軍團隊提出，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。實驗表明，持續(xù)干擾BtPMaT1基因，可以完全控制該害蟲的危害。
專業(yè)人士認為，這項研究將昆蟲的功能性水平基因轉(zhuǎn)移研究提升到一個新高度，是昆蟲寄主適應性進化機制研究的重大突破。
農(nóng)民日報·中國農(nóng)網(wǎng)記者 王澤農(nóng)
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