当前所在位置: 首页 > 科普

20年!破解超级害虫“独门绝技”

2021-03-26 光明网 【 字体:

  烟粉虱 中国农业科学院蔬菜花卉研讨所供图

  “‘以子之矛,攻子之盾’是战国时期的一个典故,没想到在虫豸界也存在这类景象。” 中国农业科学院蔬菜花卉研讨所(以下简称蔬菜所)研讨员张友军告知《中国科学报》,他们经由20年的研讨,终究证实烟粉虱在退化历程中“夺取”了宿主动物的基因用以“解毒”。

  这一项“独门特技”使得烟粉虱可以取食600多种动物,为害环球农作物。它被联合国粮食及农业构造认定为天下第二大益虫,也是至今为止独一被冠以“超等益虫”的农业益虫,被列为最风险的100种入侵物种。

  3月25日,《细胞》在线揭橥了这一中外科学家团队的相互协作功效。4月1日,《细胞》将以封面文章方式正式出书这一功效论文。这将为新一代靶标基因导向的烟粉虱田间精准绿色防控手艺的研发供给全新思绪。

  “食性”之谜

  1996年,北京的蔬菜大棚里创造了一种长得很像温室白粉虱的益虫。它可以取食后者吃不了的叶菜,以至更多品种的农作物,但科学家之前用来清除温室白粉虱的战略对其完整不起感化。

  这就是入侵我国的益虫烟粉虱。

  “从那时候最先,虫豸的食性之谜就成为我心中一个挥之不去的成绩。”论文主要通信作者张友军回想说。

  有的虫豸只取食一种动物,如褐飞虱只吃水稻,属于单食性;有的能吃一科内或近缘科的多种动物,如小菜蛾只取食十字花科蔬菜作物,叫做寡食性;另有的能吃多种分歧科的动物,如烟粉虱等,叫做多食性虫豸。

  为何虫豸吃的动物不一样?多食性益虫顺应本领强,怎样防治?食性明明与益虫的种群爆发危险亲密相干。1999年,张友军最先领导团队索求虫豸的食性之谜。

  论文奇特第一作者夏吉星告知《中国科学报》,虫豸取食寄主动物后,会引诱寄主动物发作进攻反响,并天生大批对虫豸而言有毒的次生代谢物,招致大部门虫豸殒命。

  次生代谢产品是动物抵挡益虫为害的主要兵器,就如同一面“盾牌”。而虫豸为了存活下去必需匹敌动物的次生代谢物,如许才气为所欲为地取食。

  “烟粉虱能吃600多种动物,说明它能抵御大多数动物的次生代谢物。”张友军以为,烟粉虱是一个主要而要害的研讨对象。

  烟粉虱不只经由过程刺吸寄主动物韧皮部汁液对其形成间接危险,并且能排泄蜜露引发煤污病等动物真菌病害为害动物,更主要的是,烟粉虱可以传达300余种动物病毒,每一年形成数十亿美元的经济损失。

  2001年起,该团队将研讨气力集合在了烟粉虱的寄主顺应性及其爆发成灾的机制上。

  经由过程对天下规模内260多个田间种群共6000余个样本的检测,和对种群间等位基因频率、分化系数和基因流的研讨,他们说明了烟粉虱在我国的入侵漫衍近况、入侵种群起源、散布门路和入侵特色。经由过程生物学、生态学与份子生物学方式,他们明白了入侵烟粉虱种群散布、爆发与其奇特的生物学特征、对低温和变温更强的顺应本领、更强的寄主顺应性有关。

  “这些任务为咱们厥后剖析烟粉虱对酚糖解毒的份子机理奠基了底子。”张友军说。

  夺取动物之“矛”

  张友军团队从动物的次生代谢物动手,剖析了烟粉虱爱好的食品之一番茄叶片的代谢谱,检测到9873种化合物,此中判定出290种酚糖,占2.93%。酚糖是一类主要的动物抗虫次生代谢产品,能按捺虫豸成长发育。

  奥妙的是,动物自己排泄的酚糖对动物自己也有坏处。“过量的酚糖对动物成长发育晦气。”论文奇特第一作者、蔬菜所研讨员郭兆将说。是以,当益虫拜别后,动物要快捷降解掉过剩的酚糖。

  动物给自己筹备的“解药”就是酚糖丙二酰基转移酶(PMaT)。由它催化的酚糖丙二酰基化反响在动物的性命历程中发扬主要的“解毒”感化。

  那末,喜好吃番茄叶片的烟粉虱究竟是怎样应付酚糖的?

  以往的化学剖析曾经不克不及解答这个困难。一段时光里,烟粉虱的解毒机制研讨愿望迟钝。

  2009年,Q型烟粉虱在国际大面积爆发,并在番茄上传达病毒,形成的经济损失达100多亿元。对烟粉虱的防控迫在眉睫。

  就在这时候,基因组测序手艺的先进带来了冲破瓶颈的愿望。张友军团队决议给Q型烟粉虱基因组测序。2013年,烟粉虱基因组测序实现,取得了20786个基因。

  论文奇特第一作者杨泽众告知《中国科学报》,在剖析烟粉虱庞大的高等功用和生物体系相干基因的历程中,“咱们创造了厥后被定名为BtPMaT1的基因。事先感受很兴奋”。

  由于他们随后证实,这个烟粉虱的基因与动物的酚糖丙二酰基转移酶是同源基因。

  “BtPMaT1基因切实其实存在于烟粉虱基因组中,而非动物基因组净化。”张友军说,退化树剖析后果表白,烟粉虱BtPMaT1基因的同源基因仅存在于动物和大批的真菌中。“这是烟粉虱从动物那边‘盗窃’而来的基因,这是一种遍及存在于生物界的程度基因转移景象。”张友军说。

  此前研讨曾经证实,程度基因转移在原核生物之间常常发作,一般以为是原核生物退化的驱动力。越来越多的证据表白,程度基因转移也是真核生物顺应性退化的主要身分。

  不外,节肢动物程度基因转移工作的基因供体险些全是微生物,此前赓续短少动物源功用基因程度转移至虫豸的尝试证据。

  论文奇特通信作者、瑞士纳沙泰尔大学化学生态学家和虫豸学家Ted Turlings说:“这项研讨在国际上初次供给了动物基因程度转移至虫豸中的功用性证据,这类可以代谢动物进攻性毒素的基因——BtPMaT1仅存在于烟粉虱中。”

  经由过程体外细胞抒发酶活剖析、烟粉虱中肠构造酶活剖析和烟粉虱排泄物酶活代谢剖析创造,这个基因仍然运用着和动物同源基因一样的功用——对酚糖举行解毒。

  “动物的‘矛’被烟粉虱偷来,反而酿成了打击动物的‘矛’。”张友军说。

  用RNA搅扰反制

  “咱们以为动物的某种病毒能够照顾了BtPMaT1基因,在被烟粉虱取食后,该病毒经由过程某种未知的机制,将该基因整合到烟粉虱的基因组中。”Turlings说,“固然,这是一件看似不能够发作的工作,但试想在几百万年里,几十亿个虫豸、病毒和动物穿梭时光赓续退化,这类状况偶然也会发作,若是取得的基因对虫豸有益,那末它就会退化得更有益,并遍及传达。”

  展现了烟粉虱难以置信的顺应本领的份子机制以后,张友军团队拟定了一种战略,来破解烟粉虱夺取的“超等气力”,即运用RNA搅扰烟粉虱的BtPMaT1基因,使其对这类动物有毒化合物敏感。

  RNA搅扰是指在退化历程中高度激进的、由双链RNA引发的、同源mRNA高效特异性降解的景象,其感化是使得相干基因缄默沉静。

  在这里,“咱们用BtPMaT1基因的片断建造了发夹RNA,间接向烟粉虱饲喂发夹RNA,搅扰效力约为50%,缄默沉静该基因后,3种酚糖处置惩罚使烟粉虱的殒命率增长约20%。”张友军说。

  别的,他们还构建了抒发该发夹RNA的转基因番茄品系。他们创造,取食转基因番茄的烟粉虱排泄物中,一部门酚糖类物资的含量增长,且部门酚糖的酰基化产品下降。

  “在不农药感化下,取食野生番茄7天后,烟粉虱殒命率为15.48%,取食转基因番茄7天后烟粉虱殒命率为93.35%,而对非靶标节肢动物蚜虫和二斑叶螨不影响。”郭兆将说,转基因番茄品系可以有用掌握烟粉虱。

  “固然,运用这类方式还必要克制一些妨碍,最明明的就是人们对转基因作物的担心。” Turlings说,“但在将来,我确切以为这是一种绿色高效平安的烟粉虱防治方式,由于该基因起源于动物,并且,而今咱们明白了它的感化机制,咱们也有本领应答烟粉虱基因能够发作的转变。”

  “这类转基因番茄转入的基因是动物的同源基因,是以加倍绿色高效。将来有能够运用到烟粉虱防治历程中。”张友军说,他们曾经请求了中国国度创造专利。(李晨

[义务编纂: 张蕃 ]

免责声明:本文转自网络,版权归原作者所有,如涉及作品版权问题,请及时与我们联系,谢谢!

阅读全文
广告位-300*300