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      揣着“万能解药”的超级害虫这回“栽”了

      我国科学家在《Cell》杂志发表有关农业害虫烟粉虱重磅研究论文

      农民日报新闻客户端3月26日北京讯 既不凶神恶煞,又非丑陋不堪,相反还带着一点柔弱,一丝娇嫩。这样一个白色或者灰黄色的,比芝麻?;剐〉男》沙?,竟然被联合国粮农组织认定为世界第二大害虫,也是迄今为止唯一被冠以“超级害虫”的农业害虫。它,就是烟粉虱。

      张友军研究员介绍20年来团队对烟粉虱的研究过程。

      100多年前,烟粉虱最早在希腊的烟草上被发现,故而得名。在20世纪80年代以前,烟粉虱主要是在一些产棉国如苏丹、埃及、印度、巴西、伊朗、土耳其、美国等国家的棉花上造成一定损失,很长一段时间不是中国主要的农业害虫。自上世纪90年代中后期,该虫陆续在全国范围内发生危害,其中对蔬菜、棉花等作物生产危害最为严重。在北京,烟粉虱对黄瓜、番茄、茄子、甜瓜和西葫芦的危害损失,严重时可达七成以上。

      烟粉虱不仅通过刺吸作物的汁液造成直接伤害,还能分泌蜜露诱发煤污病等植物真菌病害,传播300余种植物病毒病。2009年,仅烟粉虱传播的番茄黄化曲叶病就给我国番茄产业造成了100多亿元的损失。它几乎什么都能吃,超过600余种植物都是它的盘中餐,而且适应性极强,很容易暴发成灾。更令人头疼的是,烟粉虱还具有发展抗药性的巨大潜力,目前已经显示出对超过50种杀虫剂有效成分的抗性。

      科学家告诉我们,在大自然奇妙的进化过程中,植物能够产生一些有毒的物质来?;ぷ约?,减少昆虫侵害,如酚糖就是常见的植物防御化合物。但有些专食性昆虫如杨柳科的专食性害虫,也进化出了一种特异的解毒酶来解毒酚糖。俗话说,一物降一物,这些我们也好理解。然而,像烟粉虱这种杂食性害虫是靠什么绝招破解多种植物的防线呢?

      2021年3月25日,《Cell(细胞)》杂志在线发表中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队题为“Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins”的研究长文,揭示了烟粉虱广泛寄主适应性的分子机制,提出防治烟粉虱全新路径。这是我国农业害虫研究领域的首篇Cell文章,并被选为《Cell》的封面文章将于2021年4月1日正式出版。

      《Cell》为一份同行评审科学期刊,主要发表生命科学领域中的最新研究发现,与《自然》和《科学》并列,是全世界最权威的三大学术期刊之一。

      谜底现在已经被揭开,因为“变态”的烟粉虱身上揣着一份“万能解药”——破解烟粉虱为害的路径也就豁然开朗了。

      张友军研究员经过持续20年的研究,发现烟粉虱是通过从植物内部“窃取”了人家自家的“解药”才得以大快朵颐的。对植物来说,由酚糖丙二?;泼福≒MaT)催化的酚糖丙二?;从Χ员U献陨戆踩浅V匾?,过量的酚糖对植物本身生长发育不利,所以植物就利用PMaT基因代谢酚糖,以降低对其自身不利的影响。也就是说,这种基因就是植物的独门“解药”。说烟粉虱“变态”,就是它竟然通过水平基因转移的方式获得了BtPMaT1基因,具备了对酚糖的解毒能力。研究表明,该“盗窃”行动数千万年前就已经完成了。

      论文通讯作者张友军研究员(中)和第一作者夏吉星副研究员(左)、郭兆将研究员(右)在实验室观察番茄上烟粉虱的实验情况。

      水平基因转移也是一个专业的科学概念,是相对于垂直基因转移(亲代传递给子代)而提出的,它打破了亲缘关系的界限,使基因流动的可能变得更为复杂。我们可以这样理解,大自然奥秘无穷,万千物种都想方设法拓展自己的生存空间,“万类霜天竞自由”嘛!通过基因转移获得的新性状可以使物种得以利用新的资源,占据更优的生态位置。烟粉虱就是这样一个幸运儿,通过这种巧妙的进化方式,扩展了自己的“食谱”,手中有粮,心中不慌。

      有专家认为,本研究首次利用生物信息学、分子生物学、生物化学、转基因、生物学测定等方法多个层面证明,烟粉虱利用植物自身基因代谢植物产生的有毒次级代谢产物,正如我国战国时期著名思想家韩非子所写的“以子之矛攻子之盾”,是大自然的神奇造化。

      但对于损害人类利益的生物“军团”,我们还是要加以遏制的。

      张友军团队在论文中提出,干扰烟粉虱BtPMaT1基因,可能是控制这种全球性重大害虫的高效方法。也就是说,想办法让它的“万能解药”失效。实验表明,持续干扰BtPMaT1基因,可以完全控制该害虫的危害。专业人士认为,这项研究将昆虫的功能性水平基因转移研究提升到一个新高度,是多食性昆虫寄主适应性进化机制研究的重大突破。

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