11月19日，2021中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展高峰論壇暨中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展論壇發(fā)布會(huì)在北京舉行。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黨組成員、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士吳孔明發(fā)布了《2021中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進(jìn)展報(bào)告》。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍研究員帶領(lǐng)的蔬菜蟲(chóng)害防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究成果“解析昆蟲(chóng)激素介導(dǎo)小菜蛾Bt抗性機(jī)制”入選2021中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)10項(xiàng)重大進(jìn)展。
      小菜蛾是一種世界性危害的十字花科蔬菜作物重大害蟲(chóng)，每年小菜蛾在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)40-50億美元，在我國(guó)其造成的經(jīng)濟(jì)損失也已達(dá)到7.7億美元。Bt是一種革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，它能產(chǎn)生多種殺蟲(chóng)蛋白可高效特異的殺死不同害蟲(chóng)而對(duì)人畜環(huán)境安全無(wú)害。目前，基于Bt殺蟲(chóng)蛋白研發(fā)的Bt生物殺蟲(chóng)劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)作物為全世界化學(xué)殺蟲(chóng)劑的減施、害蟲(chóng)綠色防控和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全做出了極大貢獻(xiàn)并取得了空前巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。然而，昆蟲(chóng)對(duì)Bt的快速抗性進(jìn)化嚴(yán)重威脅著B(niǎo)t生物殺蟲(chóng)劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)作物的研發(fā)推廣和可持續(xù)應(yīng)用。目前，至少已經(jīng)有9種重要農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)在田間對(duì) Bt產(chǎn)生了高抗性，其中，小菜蛾是最早也是目前唯一被報(bào)道在田間對(duì)Bt生物殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生高抗性的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)，而其基因組的解析使其成為研究昆蟲(chóng)對(duì)Bt抗性分子機(jī)制的理想材料。
      過(guò)去10余年間，張友軍團(tuán)隊(duì)先后建立了Bt敏感和多個(gè)Bt抗性的小菜蛾種群，包括對(duì)Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry1Ac 抗性5000倍的近等基因系種群。前期，利用這些特異的實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)生物化學(xué)、分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等技術(shù)手段，在國(guó)際上首次揭示了小菜蛾對(duì)Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry1Ac的高抗性是由BtR-1抗性基因座內(nèi)一個(gè)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)途徑關(guān)鍵基因MAP4K4反式調(diào)控多個(gè)中腸受體基因差異表達(dá)引起，相關(guān)研究于2015年發(fā)表于國(guó)際著名遺傳學(xué)領(lǐng)域期刊PLoS Genetics上并獲得了國(guó)內(nèi)外同行的高度認(rèn)可。
      在本研究中，張友軍團(tuán)隊(duì)又在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步證實(shí)MAPK信號(hào)途徑的確是反式調(diào)控小菜蛾不同中腸受體基因差異表達(dá)的“通用開(kāi)關(guān)”，并發(fā)現(xiàn)在Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry1Ac高抗小菜蛾中，蛻皮激素(20E)和保幼激素(JH)含量均顯著升高且它們之間的串?dāng)_可以激活MAPK信號(hào)途徑反式調(diào)控機(jī)制，使小菜蛾在維持正常生長(zhǎng)發(fā)育的前提下對(duì)Bt 殺蟲(chóng)蛋白完美進(jìn)化產(chǎn)生高抗性。本研究揭示了經(jīng)典昆蟲(chóng)激素迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的新功能，闡明了激素信號(hào)可塑性是生物抵御外界病原菌入侵的跨界通用策略。

圖1. 昆蟲(chóng)激素介導(dǎo)小菜蛾Bt抗性分子機(jī)制模型

      相關(guān)內(nèi)容以“MAPK-dependent hormonal signaling plasticity contributes to overcoming Bacillus thuringiensis toxin action in an insect host”為題在線發(fā)表于國(guó)際著名Nature子刊Nature Communications上。該研究在國(guó)際上首次揭示了經(jīng)典的昆蟲(chóng)激素可以參與昆蟲(chóng)Bt抗性的新功能及其分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究結(jié)果對(duì)于我國(guó)田間重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)Bt抗性進(jìn)化的監(jiān)測(cè)預(yù)警和綜合治理以及新型Bt生物殺蟲(chóng)劑/轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)作物的研發(fā)推廣和可持續(xù)應(yīng)用均具有重要的理論和實(shí)踐意義。
      據(jù)介紹，依據(jù)“前沿引領(lǐng)、開(kāi)創(chuàng)卓越、重大突破”的原則，經(jīng)初選、專家評(píng)審及推薦、綜合遴選等過(guò)程，選出10項(xiàng)能夠充分代表2020年度我國(guó)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得引領(lǐng)性、開(kāi)拓性、突破性重大進(jìn)展。10項(xiàng)重大進(jìn)展主要涵蓋了包括基因組學(xué)、重要功能基因解析、重大病蟲(chóng)害災(zāi)變機(jī)制、動(dòng)物胚胎發(fā)育、動(dòng)物新冠病毒感染和傳播、作物栽培耕作等研究領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了我國(guó)在作物、園藝、獸醫(yī)、植保等學(xué)科領(lǐng)域的領(lǐng)跑地位，是驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技創(chuàng)新的原動(dòng)力，是我國(guó)農(nóng)業(yè)科技搶占世界制高點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。