2021年3月25日,Cell雜志提前在線發表中國農業科學院科學家團隊關于世界重大入侵害蟲煙粉虱的研究長文。該院蔬菜花卉研究所所長張友軍帶領團隊經過20年的不懈努力,發現了煙粉虱中存在植物源的水平轉移基因BtPMaT1,并揭示其解毒植物毒素從而導致煙粉虱廣泛寄主適應性的分子機制,這將為新一代靶標基因導向的煙粉虱田間精準綠色防控技術的研發提供全新思路。
題為“Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins”的論文是我國農業害蟲研究領域的首篇Cell文章,并被選為Cell的封面論文,將于2021年4月1日正式出版。
煙粉虱是被FAO認定的世界第二大害蟲,也是至今為止唯一被冠以“超級害蟲”的農業害蟲。煙粉虱能夠傳播極具破壞性的植物病毒病,每年造成數十億美元的經濟損失。其多食性(已報道其寄主植物超過600余種)和廣泛的寄主適應性是其暴發成災的主要原因。
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成災的機制,經過持續20年的研究,發現了煙粉虱從植物中獲得水平轉移基因BtPMaT1促進其廣泛的寄主適應性。
該研究首次利用生物信息學,分子生物學,生物化學,轉基因,生物學測定等方法多個層面證明煙粉虱的BtPMaT1基因是植物源的水平轉移基因,而煙粉虱利用該基因代謝對其有害的酚糖類植物次級代謝產物,這正如我國戰國時期著名思想家韓非子所寫的“以子之矛攻子之盾”,煙粉虱利用了植物自身基因代謝產生的有毒次級代謝產物,通過這種巧妙的進化方式,促進其廣泛寄主適應性。
“煙粉虱‘偷盜’了植物的矛( BtPMaT1)而攻克了植物的盾(酚糖),從而使它能在600多種植物上危害” 張友軍總結道。
該研究在國際上首次報道了動物通過水平基因轉移方式獲得植物源基因,率先揭示了害蟲廣泛寄主適應性的分子機制,證實了植物次生代謝產物殺蟲潛力,為新型植物源殺蟲劑的開發提供依據,并指導農作物抗蟲育種。
同時,該研究首次發現昆蟲“以子之矛,攻子之盾”的進化現象,為探索昆蟲適應性進化規律開辟了新的視角。
Cell雜志審稿人Roy Kirsch博士稱:“我確信這個故事包含實質性創新內容,并且該論文將對生態學家、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。該研究涵蓋從植物代謝譜到昆蟲的比較基因組以及兩者之間的所有內容,從不同角度深入研究解決問題。”