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中国农科院蔬菜花卉研究所：科学家找到抑制抗药性进化新思路
www.163.com 2024-07-23 12:18
澎湃新闻(www.thepaper.cn)从中国农科院蔬菜花卉研究所获悉，近日，中国农科院张友军研究员团队在Cell旗下国际著名综合性学术期刊《创新》(The Innovation，IF=33.2)发表了最新研究成果“中肠转录调控环有利于昆虫宿主抵御细菌病原体”(“A midgut transcriptional regulatory loop favors an insect host to withstand a bacterial pathogen”)。研究结果为昆虫Bt抗性分子机制的阐明提供了全新的视角，对田间Bt抗性分子监测和抗性治理具有重要的理论和实践指导意义。
在农业生产中，害虫危害是一大难题。因此，人们通常使用杀虫剂来防治这些害虫。但是，长期大量使用杀虫剂会出现一个问题：害虫会不断进化出对杀虫剂的抗药性。这似乎是一场无止尽的“赛跑”，人类不断研发新的杀虫剂，而害虫也不断进化出新的杀虫剂抗药性。
有一种全球性重大农业害虫叫小菜蛾，每年造成全球经济损失高达40-50亿美元。更重要的是该害虫对几乎所有的杀虫剂均产生了严重的抗药性。那么，小菜蛾是怎样对杀虫剂产生抗药性的呢?研究人员发现，小菜蛾体内的蜕皮激素(20E)含量升高是一个关键因素。当小菜蛾对Bt生物杀虫剂产生抗药性后，它们体内的20E含量会显著升高，从而抵抗Bt生物杀虫剂的毒杀作用。
但是，为什么小菜蛾体内的20E含量会升高呢?这就是该研究的新发现：小菜蛾中肠的转录调控环(PxDfd/miR-8545/PxGLD/20E/PxDfd)在其中发挥了重要作用。转录调控环中的转录因子和miRNA分别作为转录和转录后调控的重要调节因子，能够调控基因的表达量变化。在这个研究中，科研团队发现PxDfd是一个关键的转录因子，它的表达量降低会导致中肠中一个miR-8545表达量增加，而miR-8545的表达量增加会抑制一个葡萄糖脱氢酶(GLD)基因的表达。葡萄糖脱氢酶是一种新发现的20E降解酶，当它的表达被抑制时，20E的含量就会显著增加。
通常来说，害虫在进化出抗药性以后，会导致一定的适合度代价，比如，死亡率升高，生长发育停滞，后代数量减少等。这些代价就像是害虫产生抗药性被开的“罚单”。然而，令人惊讶的是，小菜蛾在进化出Bt生物杀虫剂高抗性后，却并没有被开“罚单”，依然活得自由自在。
科研人员发现，当抗性小菜蛾体内的20E含量过度升高以后，会通过负反馈调节通路抑制PxDfd的表达量以降低20E含量，从而在小菜蛾中肠中形成一个转录调控环路(PxDfd/miR-8545/PxGLD/20E/PxDfd)调控20E含量适度升高，以此维持小菜蛾中20E的内稳态，在形成Bt生物杀虫剂抗性的同时成功避免被开“罚单”。
这个发现不仅揭示了小菜蛾对Bt生物杀虫剂产生抗药性的分子机制，也为农业生产提供了新的思路。未来可以通过改变该中肠转录调控环路中的任何一个环节来抑制害虫的生长发育和抗药性进化，从而更有效地防治害虫，保护农作物免受害虫的侵害。该研究得到国家自然科学基金创新研究群体项目和中国农业科学院科技创新工程项目等资助。
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