為抵御害蟲侵?jǐn)_，自然界中的植物常常會(huì)產(chǎn)生防御反應(yīng)，生成大量毒素。然而害蟲煙粉虱卻對(duì)此無懼，能夠侵害超過600種植物。為何它有如此強(qiáng)的適應(yīng)性？中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)經(jīng)過20年努力，于近日發(fā)現(xiàn)了煙粉虱體內(nèi)存在來自植物的水平轉(zhuǎn)移基因BtPMaT1，揭示了該基因能夠分解植物毒素從而形成煙粉虱廣泛寄主適應(yīng)性的分子機(jī)制。
3月25日23時(shí)，相關(guān)論文在國(guó)際期刊《細(xì)胞》上在線發(fā)表，并將作為封面文章于4月1日出版。這是我國(guó)農(nóng)業(yè)害蟲研究領(lǐng)域在《細(xì)胞》上的首篇論文，揭示了昆蟲如何利用水平轉(zhuǎn)移基因來克服宿主的防御，為探索昆蟲適應(yīng)性進(jìn)化規(guī)律開辟了新的視角，也為新一代靶標(biāo)基因?qū)虻臒煼凼镩g精準(zhǔn)綠色防控技術(shù)研發(fā)提供全新思路。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所所長(zhǎng)張友軍介紹，煙粉虱作為外來入侵物種，被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)定為世界第二大害蟲。它不僅刺吸植物汁液、誘發(fā)真菌病害，更能傳播300余種病毒，每年在全球造成數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)損失。極度多食性和廣泛的寄主適應(yīng)性是其暴發(fā)成災(zāi)的主因。
張友軍團(tuán)隊(duì)自2001年起開始探索煙粉虱寄主適應(yīng)性機(jī)制。本次研究中，研究人員在番茄葉片上發(fā)現(xiàn)了防御毒素酚糖。由于過量的酚糖對(duì)番茄本身生長(zhǎng)不利，番茄便利用一種PMaT基因來代謝酚糖。在相應(yīng)的對(duì)煙粉虱的研究中，研究人員利用生物信息學(xué)和分子生物學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)在煙粉虱基因組內(nèi)也存在一個(gè)基因BtPMaT1，且該基因在成蟲的腸道中呈特異性表達(dá)。毒力測(cè)定和試驗(yàn)顯示，BtPMaT1基因?qū)Ψ逊置诘姆犹蔷哂薪舛竟δ埽以摶騼H來自植物或少數(shù)真菌，不同于一般基因親代傳給予代的垂直轉(zhuǎn)移，它是由植物通過基因的水平轉(zhuǎn)移在進(jìn)化的過程中進(jìn)入煙粉虱體內(nèi)，并一代代保留下來。研究人員推測(cè)，本次基因的水平轉(zhuǎn)移可能是因煙粉虱感染含有植物基因的病毒而發(fā)生的，轉(zhuǎn)移時(shí)間在3.5千萬~8.6千萬年前，具體過程有待進(jìn)一步研究。
張友軍表示，科學(xué)界此前已發(fā)現(xiàn)，基因的水平轉(zhuǎn)移在細(xì)菌和高等生物中都有存在。本研究首次利用生物信息學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等方法在多個(gè)層面上證明煙粉虱的BtPMaT1基因是植物源的水平轉(zhuǎn)移基因，而煙粉虱通過“偷盜”該植物基因自我保護(hù)，對(duì)抗植物毒素。正如古人的“以子之矛攻子之盾”，煙粉虱正是通過這種巧妙的進(jìn)化方式促進(jìn)其廣泛寄主適應(yīng)性。這也是國(guó)際上首次報(bào)道動(dòng)物通過水平基因轉(zhuǎn)移方式獲得植物源基因，且該基因具有生物學(xué)功能。《細(xì)胞》期刊的審稿人一致認(rèn)為，該成果是昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破性進(jìn)展。
