激素水平升高致農(nóng)業(yè)害蟲產(chǎn)生殺蟲劑高抗性(2020.6.16 中國科學報）

近日，《自然—通訊》報道了中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所研究員張友軍團隊最新發(fā)現(xiàn)，昆蟲激素水平升高可以激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號途徑，反式調(diào)控多個中腸受體基因差異表達，從而導致小菜蛾對蘇云金芽胞桿菌（Bt）殺蟲蛋白Cry1Ac產(chǎn)生高抗性。

該研究在國際上首次揭示了經(jīng)典的昆蟲激素可以參與昆蟲Bt抗性的新功能及其分子調(diào)控網(wǎng)絡。該成果有利于我國田間重大農(nóng)業(yè)害蟲Bt抗性進化的監(jiān)測預警和綜合治理，以及新型Bt生物殺蟲劑/轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物的研發(fā)推廣和可持續(xù)應用。

論文通訊作者張友軍介紹，小菜蛾是一種世界性十字花科蔬菜作物重大害蟲。Bt是一種革蘭氏陽性細菌，可高效特異地殺死不同害蟲，而對人畜環(huán)境安全無害。但是，害蟲對Bt產(chǎn)生了快速抗性進化。其中，小菜蛾是目前唯一被報道對Bt生物殺蟲劑產(chǎn)生高抗性的農(nóng)業(yè)害蟲，是研究昆蟲對Bt抗性分子機制的理想材料。

過去10余年間，張友軍團隊先后建立了Bt敏感和多個Bt抗性的小菜蛾種群，包括對Bt殺蟲蛋白Cry1Ac抗性5000倍的近等基因系種群。

前期，利用這些特異的實驗材料，該團隊在國際上首次揭示了小菜蛾對Bt殺蟲蛋白Cry1Ac的高抗性與BtR-1抗性基因座內(nèi)一個MAPK信號途徑有關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)，MARK信號途徑中的關(guān)鍵基因MAP4K4，反式調(diào)控多個中腸受體基因差異表達，引起小菜蛾對Bt殺蟲蛋白的抗性。

在最新研究中，張友軍團隊在此基礎(chǔ)上進一步證實，MAPK信號途徑的確是反式調(diào)控小菜蛾不同中腸受體基因差異表達的“通用開關(guān)”。

論文第一作者兼共同通訊作者、蔬菜花卉所副研究員郭兆將說，在Bt蛋白高抗的小菜蛾中，蛻皮激素和保幼激素含量均顯著升高。它們之間的串擾可激活MAPK信號途徑反式調(diào)控機制，使小菜蛾在維持正常生長發(fā)育的前提下對Bt殺蟲蛋白完美進化，產(chǎn)生高抗性。