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激素水平升高致农业害虫产生杀虫剂高抗性

2020-09-28 10: 54    来源:中国科学报    作者:李晨

近日,《自然—通讯》报道了中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员张友军团队最新发现,昆虫激素水平升高可以激活丝裂原活化蛋白激酶(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。

该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。该成果有利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。

论文通讯作者张友军介绍,小菜蛾是一种世界性十字花科蔬菜作物重大害虫。Bt是一种革兰氏阳性细菌,可高效特异地杀死不同害虫,而对人畜环境安全无害。但是,害虫对Bt产生了快速抗性进化。其中,小菜蛾是目前唯一被报道对Bt生物杀虫剂产生高抗性的农业害虫,是研究昆虫对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。

前期,利用这些特异的实验材料,该团队在国际上首次揭示了小菜蛾对Bt杀虫蛋白Cry1Ac的高抗性与BtR-1抗性基因座内一个MAPK信号途径有关。他们发现,MARK信号途径中的关键基因MAP4K4,反式调控多个中肠受体基因差异表达,引起小菜蛾对Bt杀虫蛋白的抗性。

在最新研究中,张友军团队在此基础上进一步证实,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”。

论文第一作者兼共同通讯作者、蔬菜花卉所副研究员郭兆将说,在Bt蛋白高抗的小菜蛾中,蜕皮激素和保幼激素含量均显著升高。它们之间的串扰可激活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。

编辑:姚朝晖