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▎药明康德内容团队编辑 今日，顶尖学术期刊《细胞》在线发表了一篇由中国学者领衔的重磅研究论文。中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队主导的这项研究，在国际上首次揭示昆虫能如何通过水平基因转移的方式，“偷窃”植物基因，协助自己分解植物的有毒分子。该研究作为该领域的重要突破，也将登上下期的《细胞》杂志封面。
漫漫生命长河中，植物和昆虫共同进化出了一种复杂的关系。一方面，作为许多昆虫的食物，植物为了保护自己，会产生各种各样有毒的次生代谢物质。另一方面，为了能继续吃这些植物，昆虫也会进化出耐受这些有毒分子的能力。对于植物的次生代谢物质，过去已经有了许多研究。然而对于昆虫如何进化出耐受机制，人们却所知甚少。在这项研究里，科学家们把注意力放在了叫做烟粉虱（Bemisia tabaci）的一类“超级害虫”上。这类害虫能危害600多种不同的植物，想必体内一定有什么特殊之处，才能让它们免受植物防御性分子的影响。
▲烟粉虱正在吃叶子（图片来源：参考资料[2]；Credit：Jixing Xia，Zhaojiang Guo）
在这项研究中，科学家们通过比较基因学和生物信息学的方法，在烟粉虱的基因组里发现了一个名为BtPMaT1的基因。有意思的是，这条基因来源于植物，在其它昆虫的基因组里都不存在。这条基因编码了“酚糖丙二酰基转移酶”，它恰恰能够分解植物中具有毒性的酚糖类物质。在植物体内，它能帮助植物细胞分解酚糖，防止这类有毒分子积累所带来的损伤。而当烟粉虱“偷走”了这个基因后，这个来自植物的安全阀摇身一变，成为了昆虫的保护伞，让它们肆意妄为地以不同植物为食。
▲烟粉虱利用来自植物的基因化解植物中的有毒物质（图片来源：参考资料[1]） 研究人员们通过分析，确认这一事件属于“基因水平转移”（HGT），即将遗传物质传递给非子代细胞的其它细胞。据估算，大约发生在3500万年前，烟粉虱从植物体内“偷”走了这条基因。参与本研究合作的Ted Turlings教授猜测，这可能是一种植物病毒获取了BtPMaT1基因，再被烟粉虱吞入体内。出于某种机制，这种病毒把BtPMaT1基因整合入了烟粉虱的基因组里。“这当然是个可能性极低的事件，” Turlings教授说，“但考虑到几百万年的时间里，有数十亿计的昆虫、病毒和植物可能参与其中，一旦事件发生，且获得的基因对昆虫有利，就会在进化上具有优势，并广为传播。”找到了烟粉虱不受酚糖类物质影响的分子机理，研究人员们也随之开发出了有效的防治方法。张友军团队设计了一种小干扰RNA，并将其引入番茄内。当烟粉虱吃下这些植物后，体内就会积累这种小干扰RNA分子，从而抑制BtPMaT1基因的表达，从而显著增加成虫的死亡率，并抑制其产卵。更重要的是，这种方法具有高度特异性，只针对烟粉虱进行防控，而不会影响到其它对照的昆虫（蚜虫和二斑叶螨）。
图片来源：参考资料[2] 中国农业科学院蔬菜花卉研究所的官方新闻稿指出，《细胞》的“3位专业审稿人均对该研究做出了高度评价”，认为“该研究利用巧妙的分子遗传学方法揭示了昆虫如何利用水平转移基因来克服宿主的防御。代表了植物-昆虫互作研究领域的重大突破性进展，阐述了新颖的抗性机制，并解释了烟粉虱对多种农作物惊人寄主适应性的原因，将对生态学家、进化生物学家、植物化学家和从事害虫防治的工作人们引起极大的兴趣。”综上所述，张友军团队主导的这项研究发现了一个有趣的“以子之矛，攻子之盾”昆虫-植物共进化现象，还为研发烟粉虱的精准绿色防控技术提供了全新的思路。我们祝贺张老师团队的这项重要突破作为《细胞》封面论文发表，也期待看到更多在创新生物技术在农业上得到广泛应用！题图来源：参考资料[3]；Credit: Jixing Xia，Zhaojiang Guo
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