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小菜蛾为何不再怕Bt的威力?科学家研究揭开谜底

      工人日报客户端记者 黄哲雯 “发现昆虫激素水平升高可以激活MAPK信号途径反式调控多个中肠受体基因差异表达,从而导致小菜蛾对苏云金芽胞杆菌(Bt)杀虫蛋白Cry1Ac产生高抗性”——记者从中国农科院获悉,该院英亚体育在线登录入口张友军团队的这项研究在国际上首次揭示了经典的昆虫激素可以参与昆虫Bt抗性的新功能及其分子调控网络,对于我国田间重大农业害虫Bt抗性进化的监测预警和综合治理,以及新型Bt生物杀虫剂/转Bt基因抗虫作物的研发推广和可持续应用具有重要的理论和实践意义。
      相关研究在线发表于国际著名期刊《自然(Nature)》的子刊《Nature Communications》,该研究得到国家自然科学基金重点项目和青年科学基金项目以及中国农科院科技创新工程等项目资助。
      小菜蛾是一种十字花科蔬菜作物的重大害虫,每年在全球造成的经济损失高达40至50亿美元,在我国造成的经济损失已达到7.7亿美元。Bt是一种革兰氏阳性细菌,它能产生多种杀虫蛋白,高效特异地杀死不同害虫而对人畜环境安全无害。目前,基于Bt杀虫蛋白研发的Bt生物杀虫剂和转Bt基因抗虫作物为全世界化学杀虫剂的减施、害虫绿色防控和农产品质量安全做出了极大贡献。
      然而,昆虫对Bt的快速抗性进化严重威胁着Bt生物杀虫剂和转Bt基因抗虫作物的研发推广及可持续应用。目前,至少已经有9种重要农业害虫在田间对 Bt产生了高抗性,其中,小菜蛾是最早也是目前唯一被报道在田间对Bt生物杀虫剂产生高抗性的农业害虫,而其基因组的解析使其成为研究昆虫对Bt抗性分子机制的理想材料。
      过去10余年间,张友军团队先后建立了Bt敏感和多个Bt抗性的小菜蛾种群,包括对Bt杀虫蛋白Cry1Ac 抗性5000倍的近等基因系种群。研究中,张友军团队证实MAPK信号途径的确是反式调控小菜蛾不同中肠受体基因差异表达的“通用开关”,并发现在Bt杀虫蛋白Cry1Ac高抗小菜蛾中,蜕皮激素(20E)和保幼激素(JH)含量均显著升高且它们之间的串扰可以激活MAPK信号途径反式调控机制,使小菜蛾在维持正常生长发育的前提下对Bt 杀虫蛋白完美进化产生高抗性。

 


      这项研究揭示了经典昆虫激素迄今为止尚未发现的新功能,阐明了激素信号可塑性是生物抵御外界病原菌入侵的跨界通用策略。在该昆虫激素串扰调控的“生长发育-免疫防御权衡”模型中,JH和20E相互拮抗共同控制昆虫生长发育和免疫防御等生理过程。当昆虫幼虫进食Bt病原菌后,其中肠上皮细胞中JH/20E结合各自Met-Tai和EcR-USP异源二聚体受体复合物以启动下游应答基因转录,JH和20E含量升高会激活下游MAPK信号途径,进而操纵不同转录因子来调控多个中肠受体基因的差异表达,最终导致寄主昆虫在不影响生长发育的前提下,对Bt 杀虫蛋白进化产生高抗性。

      编辑:安彦璟

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