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小菜蛾為何不再怕Bt的威力?科學家研究揭開謎底

      工人日報客戶端記者 黃哲雯 “發現昆蟲激素水平升高可以激活MAPK信號途徑反式調控多個中腸受體基因差異表達,從而導致小菜蛾對蘇云金芽胞桿菌(Bt)殺蟲蛋白Cry1Ac產生高抗性”——記者從中國農科院獲悉,該院蔬菜花卉研究所張友軍團隊的這項研究在國際上首次揭示了經典的昆蟲激素可以參與昆蟲Bt抗性的新功能及其分子調控網絡,對于我國田間重大農業害蟲Bt抗性進化的監測預警和綜合治理,以及新型Bt生物殺蟲劑/轉Bt基因抗蟲作物的研發推廣和可持續應用具有重要的理論和實踐意義。
      相關研究在線發表于國際著名期刊《自然(Nature)》的子刊《Nature Communications》,該研究得到國家自然科學基金重點項目和青年科學基金項目以及中國農科院科技創新工程等項目資助。
      小菜蛾是一種十字花科蔬菜作物的重大害蟲,每年在全球造成的經濟損失高達40至50億美元,在我國造成的經濟損失已達到7.7億美元。Bt是一種革蘭氏陽性細菌,它能產生多種殺蟲蛋白,高效特異地殺死不同害蟲而對人畜環境安全無害。目前,基于Bt殺蟲蛋白研發的Bt生物殺蟲劑和轉Bt基因抗蟲作物為全世界化學殺蟲劑的減施、害蟲綠色防控和農產品質量安全做出了極大貢獻。
      然而,昆蟲對Bt的快速抗性進化嚴重威脅著Bt生物殺蟲劑和轉Bt基因抗蟲作物的研發推廣及可持續應用。目前,至少已經有9種重要農業害蟲在田間對 Bt產生了高抗性,其中,小菜蛾是最早也是目前唯一被報道在田間對Bt生物殺蟲劑產生高抗性的農業害蟲,而其基因組的解析使其成為研究昆蟲對Bt抗性分子機制的理想材料。
      過去10余年間,張友軍團隊先后建立了Bt敏感和多個Bt抗性的小菜蛾種群,包括對Bt殺蟲蛋白Cry1Ac 抗性5000倍的近等基因系種群。研究中,張友軍團隊證實MAPK信號途徑的確是反式調控小菜蛾不同中腸受體基因差異表達的“通用開關”,并發現在Bt殺蟲蛋白Cry1Ac高抗小菜蛾中,蛻皮激素(20E)和保幼激素(JH)含量均顯著升高且它們之間的串擾可以激活MAPK信號途徑反式調控機制,使小菜蛾在維持正常生長發育的前提下對Bt 殺蟲蛋白完美進化產生高抗性。

 


      這項研究揭示了經典昆蟲激素迄今為止尚未發現的新功能,闡明了激素信號可塑性是生物抵御外界病原菌入侵的跨界通用策略。在該昆蟲激素串擾調控的“生長發育-免疫防御權衡”模型中,JH和20E相互拮抗共同控制昆蟲生長發育和免疫防御等生理過程。當昆蟲幼蟲進食Bt病原菌后,其中腸上皮細胞中JH/20E結合各自Met-Tai和EcR-USP異源二聚體受體復合物以啟動下游應答基因轉錄,JH和20E含量升高會激活下游MAPK信號途徑,進而操縱不同轉錄因子來調控多個中腸受體基因的差異表達,最終導致寄主昆蟲在不影響生長發育的前提下,對Bt 殺蟲蛋白進化產生高抗性。

      編輯:安彥璟

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