Cell | 中国农科院张友军团队揭示害虫窃取植物基因以获得超级防御力！

粉虱已成为世界范围内的主要农业害虫，能够侵袭全球至少600种不同的植物。这些昆虫获得这些令人难以置信的适应能力，从而规避了植物防御，其背后的机制尚不清楚。有研究表明，数百万年前，这种类似于类蚜虫的粉虱将植物的一部分DNA整合到了它们的基因组中（Science | 德国马普化学生态所研究揭示植物如何在不伤害自身的情况下产生防御性毒素! Science | 封面文章！内生真菌基因的水平转移打开小麦抗赤霉病的大门！PNAS | 加州大学圣地亚哥分校研究揭示豆类植物如何御敌！）。

2021年3月25日，国际顶级学术期刊Cell发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军研究员团队的相关研究成果，题为Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins的研究论文，揭示了粉虱利用这种被盗的基因降解植物用来防御昆虫的常见毒素，从而使粉虱能够安全地以植物为食。

这似乎是功能基因从植物向昆虫水平转移第一个记录的例子。无法在任何其他昆虫物种中找到BtPMaT1基因，其可以中和植物产生的有毒化合物。科研人员认为，植物可能会在自己的细胞内使用BtPMaT1来以无害的形式存储其有害化合物，因此植物不会自身中毒。本研究结合了遗传和系统发育分析，揭示了大约3500万年前，粉虱偷走了这个防御基因，使昆虫获得了抗性，拥有了排毒的能力。植物中的一种病毒可能已经吸收了该BtPMaT1基因，并且在被粉虱吞噬后，该病毒在昆虫内部进行了某些操作，从而将该基因整合到了粉虱基因组中。当然，这是极不可能发生的事件，但是如果考虑到数十亿种昆虫、病毒和植物跨越数百万年的时间跨度，那么这种情况是有可能会发生的，并且如果昆虫获得基因对，那么它将在进化上受到青睐并可能传播。本研究揭示了至少一个原因。

科研人员利用这些知识，制定了一项战略，以消除粉虱偷来的超级防御力（抗击病虫害的新式武器：RNA疫苗；抗击农作物病虫害的新技术）。他们开发了一个小的RNA分子，该分子干扰粉虱的BtPMaT1基因，使粉虱对植物的有毒化合物敏感。这种设计最令人激动的步骤是当科研人员对番茄进行基因改造以开始产生这种RNA分子时，一旦粉虱取食了西红柿并摄入了植物产生的RNA，它们的BtPMaT1基因就被沉默，造成该昆虫100％的死亡，但是基因操作对其他被测昆虫的生存没有影响。通过集中精力生产能够沉默粉虱基因的转基因农作物，这可以作为针对害虫控制的有针对性的策略，以对抗由粉虱种群引起的农业破坏。这种方法肯定还需要克服一些障碍，尤其是对使用转基因植物的怀疑。但是在将来，可以将其视为控制粉虱的一种非常清晰的方法，因为现在科研人员知道背后的机制，并有能力应对可能出现的粉虱基因的变化。

图1. 烟粉虱中BtPMaT1水平转移的证据

图2. 番茄叶片的代谢产物分析

图3. BtPMaT1沉默对烟粉虱性能的影响

图4. BtPMaT1酶活性的代谢分析

图5. BtPMaT1代谢酚糖苷

图6. 表达dsBtPMaT1的转基因番茄植株对烟粉虱具有抗性

图7. 植物基因BtPMaT1的获取如何使烟粉虱中和植物酚类糖苷的示意图

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