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Cell封面论文揭示“超级害虫”烟粉虱为害600多种植物的奥秘

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  北京时间3月25日,《细胞(Cell)》以封面论文的形式发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队的最新研究成果。该研究在国际上首次揭示了烟粉虱在距今3500万年-8600万年之间,通过水平基因转移方式“偷窃”植物源解毒基因,进而分解掉植物的防御性物质,使自身可直接取食600多种植物。该研究不但发现昆虫“以子之矛,攻子之盾”的进化现象,还为探索昆虫适应性进化规律开辟了新的视角,是多食性昆虫广泛寄主适应性进化机制研究的重大突破,创新了害虫种群暴发危害理论。该研究将为研发烟粉虱精准绿色防控技术提供全新思路。

  

  据张友军研究员介绍,在漫长的植物和昆虫的共进化过程中,植物产生多种次生物质抵御昆虫的为害,酚糖类物质就是其中典型的代表。酚糖广泛存在于各种植物中,它能够抑制昆虫取食,影响昆虫的生长发育,甚至对昆虫有致死作用。烟粉虱是能够为害600多种植物的“超级害虫”,因此,烟粉虱必然存在能够解毒酚糖的机制。

  张友军研究团队通过比较基因学和生物信息学的方法发现,在烟粉虱的基因组中存在一个植物源基因——酚糖丙二酰基转移酶。研究人员利用分子生物学和进化分析等手段证实该基因是植物源的水平转移基因。在植物中,酚糖丙二酰基转移酶能够分解掉酚糖,从而使植物免受酚糖过量积累对自身造成的伤害。进一步研究也证实烟粉虱活体能够分解酚糖。研究团队还发现,干扰该基因能够显著增加烟粉虱成虫的死亡率,并抑制烟粉虱产卵。更为重要的是,持续干扰该基因能够实现对烟粉虱的完全防控,而对非靶标的节肢动物蚜虫和二斑叶螨没有任何影响。

  《细胞(Cell)》3位专业审稿人均对该研究做出了高度评价,一致认为:Cell是这篇论文最好的归宿,该研究利用巧妙的分子遗传学方法揭示了昆虫如何利用水平转移基因来克服宿主的防御。代表了植物-昆虫互作研究领域的重大突破性进展,阐述了新颖的抗性机制,并解释了烟粉虱对多种农作物惊人寄主适应性的原因,将对生态学家、进化生物学家、植物化学家和从事害虫防治的工作人们引起极大的兴趣。《细胞(Cell)》还专门召开新闻发布会公布该研究成果。

  该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、特色蔬菜产业技术体系和中国农业科学院科技创新工程等项目资助。

  全文链接: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00164-1

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