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Cell封面論文揭示“超級害蟲”煙粉虱為害600多種植物的奧秘

       北京時間3月25日,《細胞(Cell)》以封面論文的形式發表了中國農業科學院蔬菜花卉研究所張友軍團隊的最新研究成果。該研究在國際上首次揭示了昆蟲通過水平基因轉移方式“偷竊”植物源解毒基因,進而分解掉植物的防御性物質,使自身可直接取食600多種植物。研究團隊不但發現昆蟲“以子之矛,攻子之盾”的進化現象,還為探索昆蟲適應性進化規律開辟了新的視角,是多食性昆蟲廣泛寄主適應性進化機制研究的重大突破,創新了害蟲種群暴發危害理論,為研發煙粉虱精準綠色防控技術提供全新思路。

 

Cell封面論文及其揭示的煙粉虱廣泛寄主適應性機制

 

       據張友軍研究員介紹,在漫長的植物和昆蟲的共進化過程中,植物產生多種次生物質抵御昆蟲的為害,酚糖類物質就是其中典型的代表。酚糖廣泛存在于各種植物中,它能夠抑制昆蟲取食,影響昆蟲的生長發育,甚至對昆蟲有致死作用。煙粉虱是能夠為害600多種植物的“超級害蟲”,因此,煙粉虱必然存在能夠解毒酚糖的機制。
       張友軍研究團隊通過比較基因學和生物信息學的方法發現,在煙粉虱的基因組中存在一個植物源基因——酚糖丙二酰基轉移酶。研究人員利用分子生物學和進化分析等手段證實該基因是植物源的水平轉移基因。在植物中,酚糖丙二酰基轉移酶能夠分解掉酚糖,從而使植物免受酚糖過量積累對自身造成的傷害。進一步研究也證實煙粉虱活體能夠分解酚糖。研究團隊還發現,干擾該基因能夠顯著增加煙粉虱成蟲的死亡率,并抑制煙粉虱產卵。更為重要的是,持續干擾該基因能夠實現對煙粉虱的完全防控,而對非靶標的節肢動物蚜蟲和二斑葉螨沒有任何影響。
       《細胞(Cell)》3位專業審稿人均對該研究做出了高度評價,一致認為:Cell是這篇論文最好的歸宿,該研究利用巧妙的分子遺傳學方法揭示了昆蟲如何利用水平轉移基因來克服宿主的防御。代表了植物-昆蟲互作研究領域的重大突破性進展,闡述了新穎的抗性機制,并解釋了煙粉虱對多種農作物驚人寄主適應性的原因,將對生態學家、進化生物學家、植物化學家和從事害蟲防治的工作人們引起極大的興趣。《細胞(Cell)》還專門召開新聞發布會公布該研究成果。
       該研究得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、特色蔬菜產業技術體系和中國農業科學院科技創新工程等項目資助。

       Cell全文鏈接:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00164-1

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