激素水平升高可导致小菜蛾对Bt高抗性

 
 
NC|激素程度升高可导致小菜蛾对Bt高抗性  
 

 小菜蛾幼虫和成虫     蔬菜花草所供图

小菜蛾Bt抗性分子机制的模式图    蔬菜花草所供图

6月12日，《自然—通讯》创刊10年以来首次在线颁发昆虫Bt抗性研究规模的论文。中国农业科学院蔬菜花草研究所研究员张友军团队发明，昆虫激素程度升高可以激活MAPK信号途径，反式调控多其中肠受体基因差别表达，从而导致小菜蛾对苏云金芽胞杆菌（Bt）杀虫卵白Cry1Ac发生高抗性。

该研究在国际上首次展现了经典的昆虫激素可以参加昆虫Bt抗性的新成果及其分子调控网络，研究功效对付我国田间重大农业害虫Bt抗性进化的监测预警和综合管理，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一连应用，均具有重要的理论和实践意义。

《自然》旗下生态和进化学术论坛邀请作者同步分享了研究背后的故事。

论文通讯作者张友军先容，小菜蛾是一种世界性危害的十字花科蔬菜作物重大害虫，每年小菜蛾在全球造成的经济损失高达40~50亿美元，在我国造成的经济损失也到达7.7亿美元每年。

苏云金芽胞杆菌是一种革兰氏阳性细菌，它能发生多种杀虫卵白，可高效特异的杀死差异害虫，而对人畜情况安详无害。今朝，基于Bt杀虫卵白研发的Bt生物杀虫剂和转Bt基因抗虫作物，为全世界化学杀虫剂的减施、害虫绿色防控和农产物质量安详做出了极大孝敬，并取得了空前庞大的经济、社会和情况效益。

然而，昆虫对Bt的快速抗性进化，严重威胁着Bt生物杀虫剂和转Bt基因抗虫作物的研发推广和可一连应用。

今朝，至少已有9种重要农业害虫在田间对 Bt发生了高抗性。个中，小菜蛾是最早也是今朝独一被报道在田间对Bt生物杀虫剂发生高抗性的农业害虫，而其基因组的理会使其成为研究昆虫对Bt抗性分子机制的抱负质料。

已往10余年间，张友军团队先后成立了Bt敏感和多个Bt抗性的小菜蛾种群，包罗对Bt杀虫卵白Cry1Ac 抗性5000倍的近等基因系种群。

前期，操作这些特异的尝试质料，通过生物化学、分子生物学和细胞生物学等技妙手段，该团队在国际上首次展现了小菜蛾对Bt杀虫卵白Cry1Ac的高抗性与BtR-1抗性基因座内一个丝裂原活化卵白激酶（MAPK）信号途径有关。

他们发明，MARK信号途径中的要害基因MAP4K4，反式调控多其中肠受体基因差别表达，引起小菜蛾对Bt杀虫卵白的抗性。相关研究于2015年颁发于《美国民众科学图书馆—遗传学》（PLoS Genetics）。

在最新研究中，张友军团队在此基本长进一步证实，MAPK信号途径简直是反式调控小菜蛾差异中肠受体基因差别表达的“通用开关”。

论文第一作者兼配合通讯作者、蔬菜花草所副研究员郭兆将说，在Bt卵白高抗的小菜蛾中，蜕皮激素（20E）和保幼激素（JH）含量均显著升高。它们之间的串扰可以激活MAPK信号途径反式调控机制，使小菜蛾在维持正常发展发育的前提下对Bt杀虫卵白完美进化，从而发生高抗性。

张友军研究员总结到，当昆虫幼虫进食Bt病原菌后，个中肠上皮细胞中保幼激素/蜕皮激素团结各自Met-Tai和EcR-USP异源二聚体受体复合物，启动下游应答基因转录。保幼激素和蜕皮激素含量升高会激活下游MAPK信号途径，进而哄骗差异转录因子来调控多其中肠受体基因的差别表达，最终导致寄主昆虫在不影响发展发育的前提下对Bt 杀虫卵白进化发生高抗性。