近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍研究員領(lǐng)銜的蔬菜蟲害防控創(chuàng)新團(tuán)隊與國外同行合作在小菜蛾抗Bt (Bacillus thuringiensis)分子機(jī)制領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。這一原創(chuàng)性研究成果于2015年4月13日發(fā)表在國際著名遺傳學(xué)期刊《公共科學(xué)圖書館•遺傳學(xué)（PLoS Genetics）》上。
該研究發(fā)現(xiàn)了MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）信號途徑反式調(diào)控ALP（堿性磷酸酶）和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白導(dǎo)致了小菜蛾對Bt殺蟲劑的高抗性。研究結(jié)果對開發(fā)早期的Bt抗性分子檢測技術(shù)，制定針對Bt殺蟲劑或轉(zhuǎn)Bt基因植物的抗藥性治理策略具有重要的理論與實(shí)踐意義。
小菜蛾是一種世界性重要農(nóng)業(yè)害蟲，每年因小菜蛾造成的損失高達(dá)40–50億美元。Bt（蘇云金芽孢桿菌)是一種革蘭氏陽性菌，能產(chǎn)生多種特異性殺死害蟲的殺蟲晶體蛋白，因其對害蟲高效，對人畜環(huán)境安全而在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。同時，編碼Bt殺蟲蛋白的基因也被轉(zhuǎn)入到了多種重要的糧棉作物中，在減少害蟲危害、增加作物產(chǎn)量、減少化學(xué)農(nóng)藥對環(huán)境的污染等方面發(fā)揮了極其重要的作用。然而，Bt轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和Bt制劑的應(yīng)用正面臨著致命的威脅，即害蟲對Bt的抗藥性。目前，至少有6種重要農(nóng)業(yè)害蟲已在田間對Bt制劑或轉(zhuǎn)Bt基因作物產(chǎn)生了抗藥性。如果任由其抗性發(fā)展，當(dāng)抗性水平達(dá)到一定程度時，無論是天然的Bt制劑還是轉(zhuǎn)Bt基因作物都將變得毫無意義。
小菜蛾是世界上第一個對Bt產(chǎn)生抗藥性的害蟲。過去10余年，張友軍團(tuán)隊先后建立了Bt敏感及多個Bt抗性的小菜蛾種群，包括對Bt殺蟲蛋白Cry1Ac抗性近4000倍的近等基因系。利用這些特異的實(shí)驗(yàn)材料，系統(tǒng)揭示了小菜蛾對Bt殺蟲劑的抗性遺傳方式、抗性適合度以及交互抗性譜。并通過生物化學(xué)、分子生物學(xué)和細(xì)胞學(xué)的手段，揭示了小菜蛾對Bt的高抗性是由BtR-1抗性基因座內(nèi)一個絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號途徑關(guān)鍵基因(MAP4K4)反式調(diào)控多個Bt殺蟲蛋白受體基因，包括BtR-1抗性基因座外的堿性磷酸酶(ALP)和BtR-1抗性基因座內(nèi)的多個ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABCC2和ABCC3)，導(dǎo)致其表達(dá)量下調(diào)從而引起了對Bt殺蟲蛋白的高抗性。
本項成果得到了國家自然科學(xué)基金和“863”計劃等項目資助。（通訊員 李海芬）
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http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1005124
