20年！破解超级益虫“独门特技”—往事—迷信网

烟粉虱  中国农业迷信院蔬菜花卉钻研所供图

■本报记者 李晨

“‘以子之矛，年破攻子之盾’是解超级益战国时期的一个典故，没想到在昆虫界也存在这种天气。虫往” 中国农业迷信院蔬菜花卉钻研所（如下简称蔬菜所）钻研员张友军见告《中国迷信报》，事迷他们经由20年的信网钻研，终于证实烟粉虱在进化历程中“窃取”了宿主植物的独门特技基因用以“解毒”。

这一项“独门特技”使患上烟粉虱可能取食600多种植物，年破为害全天下农作物。解超级益它被散漫国食粮及农业机关认定为天下第二大益虫，虫往也是事迷至今为止仅有被冠以“超级益虫”的农业益虫，被列为最危害的信网100种入侵物种。

3月25日，独门特技《细胞》在线宣告了这一中外迷信家团队的年破相助下场。4月1日，解超级益《细胞》将以封面文章方式正式出书这一下场论文。这将为新一代靶标基因导向的烟粉虱田间精准绿色防控技术的研发提供全新思绪。

“食性”之谜

1996年，北京的蔬菜大棚里发现了一种长患上很像温室白粉虱的益虫。它可能取食后者吃不了的叶菜，致使更多种类的农作物，但迷信家以前用来扑灭温室白粉虱的策略对于其残缺不起熏染。

这便是入侵我国的益虫烟粉虱。

“从那时离开始，昆虫的食性之谜就成为我心中一个挥之不去的下场。”论文主要通讯作者张友军回顾说。

有的昆虫只取食一种植物，如褐飞虱只吃水稻，属于单食性；有的能吃一科内或者近缘科的多种植物，如小菜蛾只取食十字花科蔬菜作物，叫做寡食性；尚有的能吃多种差距科的植物，如烟粉虱等，叫做多食性昆虫。

为甚么昆虫吃的植物纷比方样？多食性益虫顺应能耐强，若何防治？食性显明与益虫的种群爆发危害亲密相关。1999年，张友军开始向导团队探究昆虫的食性之谜。

论文配合第一作者夏吉星见告《中国迷信报》，昆虫取食寄主植物后，会诱惑寄主植物发生侵略反映，并天生大批对于昆虫而言有毒的次生代谢物，导致大部份昆虫降生。

次生代谢产物是植物抵御益虫为害的紧张刀兵，就彷佛一壁“盾牌”。而昆虫为了存活上来必需坚持植物的次生代谢物，这样能耐为非作恶地取食。

“烟粉虱能吃600多种植物，剖析它能抵抗大少数植物的次生代谢物。”张友军以为，烟粉虱是一个紧张而关键的钻研工具。

烟粉虱不光经由刺吸寄主植物韧皮部汁液对于其组成直接伤害，而且能渗透蜜露引起煤污病等植物真菌病害为害植物，更紧张的是，烟粉虱可能转达300余种植物病毒，每一年组成数十亿美元的经济损失。

2001年起，该团队将钻研实力会集在了烟粉虱的寄主顺应性及其爆发成灾的机制上。

经由对于天下规模内260多个田间种群共6000余个样本的检测，以及对于种群间等位基因频率、分解系数以及基因流的钻研，他们剖析了烟粉虱在我国的入侵扩散现状、入侵种群源头、散漫道路以及入侵特色。经由生物学、生态学与份子生物学措施，他们清晰了入侵烟粉虱种群散漫、爆发与其配合的生物学特色、对于高以及善变温更强的顺应能耐、更强的寄主顺应性无关。

“这些使命为咱们其后剖析烟粉虱对于酚糖解毒的份子机理奠基了根基。”张友军说。

窃取植物之“矛”

张友军团队从植物的次生代谢物入手，合成了烟粉虱喜爱的食物之一番茄叶片的代谢谱，检测到9873种化合物，其中判断出290种酚糖，占2.93%。酚糖是一类紧张的植物抗虫次生代谢产物，能抑制昆虫妨碍发育。

怪异的是，植物自己渗透的酚糖对于植物自己也有短处。“过多的酚糖对于植物妨碍发育倒霉。”论文配合第一作者、蔬菜所钻研员郭兆将说。因此，当益虫分别后，植物要快捷降解掉过剩的酚糖。

植物给自己豫备的“解药”便是酚糖丙二酰基转移酶（PMaT）。由它催化的酚糖丙二酰基化反映在植物的性命历程中发挥紧张的“解毒”熏染。

那末，喜爱吃番茄叶片的烟粉虱事实是奈何样对于酚糖的？

以往的化学合成已经不能解答这个难题。一段光阴里，烟粉虱的解毒机制钻研妨碍飞快。

2009年，Q型烟粉虱在国内大面积爆发，并在番茄上转达病毒，组成的经济损失达100多亿元。对于烟粉虱的防控兵临城下。

就在这时，基因组测序技术的后退带来了突破瓶颈的愿望。张友军团队抉择给Q型烟粉虱基因组测序。2013年，烟粉虱基因组测序实现，取患了20786个基因。

论文配合第一作者杨泽众见告《中国迷信报》，在合成烟粉虱重大的低级功能以及生物零星相关基因的历程中，“咱们发现了其后被命名为BtPMaT1的基因。事预言家患上很欢喜”。

由于他们随后证实，这个烟粉虱的基因与植物的酚糖丙二酰基转移酶是同源基因。

“BtPMaT1基因简直存在于烟粉虱基因组中，而非植物基因组传染。”张友军说，进化树合乐成果表明，烟粉虱BtPMaT1基因的同源基因仅存在于植物以及大批的真菌中。“这是烟粉虱从植物那边‘偷窃’而来的基因，这是一种普遍存在于生物界的水平基因转移天气。”张友军说。

此前钻研已经证实，水平基因转移在原核生物之间每一每一爆发，个别以为是原核生物进化的驱能源。越来越多的证据表明，水平基因转移也是真核生物顺应性进化的严主因素。

不外，节肢植物水平基因转移使命的基因供体简直全是微生物，此前不断缺少植物源功能基因水平转移至昆虫的试验证据。

论文配合通讯作者、瑞士纳沙泰尔大学化学生态学家以及昆虫学家Ted Turlings说：“这项钻研在国内上初次提供了植物基因水平转移至昆虫中的功能性证据，这种可能代谢植物侵略性毒素的基因——BtPMaT1仅存在于烟粉虱中。”

经由体外细胞表白酶活合成、烟粉虱中肠机关酶活合成以及烟粉虱渗透物酶活代谢合成发现，这个基因依然运用着以及植物同源基因同样的功能——对于酚糖妨碍解毒。

“植物的‘矛’被烟粉虱偷来，反而酿成为了侵略植物的‘矛’。”张友军说。

用RNA干扰反制

“咱们以为植物的某种病毒可能照料了BtPMaT1基因，在被烟粉虱取食后，该病毒经由某种未知的机制，将该基因整合到烟粉虱的基因组中。”Turlings说，“尽管，这是一件看似不可能爆发的使命，但试想在多少百万年里，多少十亿个昆虫、病毒以及植物穿梭光阴不断进化，这种情景无意偶尔也会爆发，假如取患上的基因对于昆虫有利，那末它就会进化患上更有利，并普遍转达。”

揭示了烟粉虱难以信托的顺应能耐的份子机制之后，张友军团队拟订了一种策略，来破解烟粉虱窃取的“超级实力”，即运用RNA干扰烟粉虱的BtPMaT1基因，使其对于这种植物有毒化合物敏感。

RNA干扰是指在进化历程中高度激进的、由双链RNA引起的、同源mRNA高效特异性降解的天气，其熏染是使患上相关基因默然。

在这里，“咱们用BtPMaT1基因的片断制作了发夹RNA，直接向烟粉虱饲喂发夹RNA，干扰功能约为50%，默然该基因后，3种酚糖处置使烟粉虱的降生率削减约20%。”张友军说。

此外，他们还构建了表白该发夹RNA的转基因番茄品系。他们发现，取食转基因番茄的烟粉虱渗透物中，一部份酚糖类物资的含量削减，且部份酚糖的酰基化产物飞腾。

“在不农药熏染下，取食家养番茄7天后，烟粉虱降生率为15.48%，取食转基因番茄7天后烟粉虱降生率为93.35%，而对于非靶标节肢植物蚜虫以及二斑叶螨不影响。”郭兆将说，转基因番茄品系可能实用操作烟粉虱。

“尽管，运用这种措施还需要克制一些拦阻，最清晰的便是人们对于转基因作物的耽忧。” Turlings说，“但在未来，我简直以为这是一种绿色高效清静的烟粉虱防治措施，由于该基因源头于植物，而且，如今咱们清晰了它的熏染机制，咱们也有能耐应答烟粉虱基因可能爆发的变更。”

“这种转基因番茄转入的基因是植物的同源基因，因此愈加绿色高效。未来有可能运用到烟粉虱防治历程中。”张友军说，他们已经恳求了中国国家缔造专利。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.014