我国学者在昆虫寄主适应性研究领域取得进展

图1 ?水平转移基因BtPMaT1促进烟粉虱寄主适应性机制

在国家自然科学基金项目（批准号：9、、）等资助下，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队利用生物信息学、分子生物学、分析化学、代谢组学等方法，揭示重大农业害虫烟粉虱广泛寄主适应性的分子机制。研究成果以“烟粉虱劫持一个植物解毒基因代谢植物毒素（Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins）”为题，于2021年3月25日在线发表于《细胞》（Cell）杂志，并选为当期的封面文章。论文链接：

烟粉虱是一种世界性的入侵害虫，也是至今为止唯一被冠名为“超级害虫”的重大农业害虫。自上世纪90年代入侵我国以来，陆续在全国范围内发生为害，仅2009年就造成我国超过百亿元人民币的巨额经济损失。研究发现，烟粉虱能够取食600余种植物，寄主广泛是烟粉虱能够暴发危害的主要原因，然而烟粉虱这种广泛的寄主适应性机制尚不明确。

张友军团队通过比较基因组学和生物信息学分析发现烟粉虱基因组中具有一个植物特有的同源基因——酚糖丙二酰基转移酶（BtPMaT1）基因，并通过进化分析和分子生物学方法证实该基因为植物源水平转移基因。酚糖是一类植物中广泛存在的防御性次级代谢产物，能够抑制昆虫对植物造成危害，但酚糖的过量积累对植物自身也会产生不利的影响，植物利用酚糖丙二酰基转移酶代谢自身过量酚糖，使其免受伤害。研究人员利用异源表达、中肠蛋白酶活鉴定以及烟粉虱蜜露代谢谱分析等手段发现烟粉虱能通过中肠特异性表达的BtPMaT1基因代谢酚糖，干扰烟粉虱BtPMaT1基因后显著增加了酚糖对烟粉虱的毒性，并降低其在番茄寄主上的繁殖力，进一步通过构建转基因番茄发现持续干扰该基因，能够实现对烟粉虱的完全防控，但不会影响非靶标节肢动物。

该研究首次发现了烟粉虱通过水平基因转移方式从植物中获得了一个植物源的解毒基因，从而降解寄主植物中的毒性次生代谢产物，最终有利于烟粉虱抵御植物的生化防御反应。这项研究揭示了昆虫广泛寄主适应性的分子机制，创新了害虫种群暴发为害理论，并为烟粉虱绿色精准防控提供了新的策略。