近日，本所蔬菜害蟲(chóng)防控團隊繪制了Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白的高抗小菜蛾中MAPK信號途徑反式調控多個(gè)中腸受體基因和非受體同源基因差異表達的信號網(wǎng)絡(luò )。該研究首次揭示了MAPK信號途徑參與害蟲(chóng)抗藥性的分子調控網(wǎng)絡(luò )，研究結果對于指導重大農業(yè)害蟲(chóng)對Bt抗性的監測預警以及轉Bt基因抗蟲(chóng)作物的抗性治理具有重要的理論和實(shí)踐意義。相關(guān)內容以“The regulation landscape of MAPK signaling cascade for thwarting Bacillus thuringiensis infection in an insect host”為題在線(xiàn)發(fā)表于國際著(zhù)名期刊PLoS Pathogens上。

 

　　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)，每年在全球造成的經(jīng)濟損失高達40-50億美元。蘇云金芽胞桿菌，簡(jiǎn)稱(chēng)Bt，它是一種革蘭氏陽(yáng)性細菌，能產(chǎn)生多種殺蟲(chóng)蛋白從而高效特異的殺死不同害蟲(chóng)而對人畜環(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)綠色防控和農產(chǎn)品質(zhì)量安全做出了極大貢獻并取得了空前巨大的經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益。然而，昆蟲(chóng)對Bt的快速抗性進(jìn)化嚴重威脅著(zhù)Bt生物殺蟲(chóng)劑和轉Bt基因抗蟲(chóng)作物的研發(fā)推廣和可持續應用。目前，至少已經(jīng)有9種重要農業(yè)害蟲(chóng)在田間對 Bt產(chǎn)生了高抗性，其中，小菜蛾是最早也是目前唯一被報道在田間對Bt生物殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生高抗性的農業(yè)害蟲(chóng)。

 

　　前期，該團隊在國際上首次揭示了蛻皮激素（20E）和保幼激素（JH） 含量升高及其串擾，可以激活BtR-1抗性基因座內一個(gè)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號途徑關(guān)鍵基因MAP4K4，進(jìn)而反式調控多個(gè)中腸基因差異表達，使小菜蛾在維持正常生長(cháng)發(fā)育的前提下對Bt 殺蟲(chóng)蛋白完美進(jìn)化產(chǎn)生高抗性，相關(guān)研究分別于2015年和2020年發(fā)表于國際著(zhù)名期刊PLoS Genetics和Nature Communications上。

 

　　本研究首先在全基因組范圍對小菜蛾MAPK信號途徑激酶基因進(jìn)行鑒定，隨后通過(guò)磷酸化蛋白質(zhì)組鑒定得到在Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry1Ac抗性種群中磷酸化水平上升的MAPK信號途徑激酶。進(jìn)一步的功能實(shí)驗表明MAPK信號途徑的上游關(guān)鍵激酶MAP4K4可以通過(guò)MAP3K（Raf和MAP3K7）—MAP2K（MAP2K1 MAP2K4和MAP2K6）—MAPK（ERK、JNK和p38）的多級級聯(lián)信號網(wǎng)絡(luò )調控下游中腸受體和非受體同源基因差異表達，從而使小菜蛾對Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生高抗性，最終揭示了MAPK信號途徑在調控小菜蛾Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白抗性的信號線(xiàn)路圖譜，為全面闡明MAPK信號途徑對Bt殺蟲(chóng)蛋白抗性的層級調控模式奠定了基礎。

 

　　蔬菜害蟲(chóng)防控團隊的郭兆將研究員和博士后康師（現為河北大學(xué)生科院特聘教授）為本論文的共同第一作者，張友軍研究員與郭兆將研究員為本論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、國家優(yōu)青項目以及中國農業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng )新工程等項目資助。

 

　　原文鏈接：https://journals.plos.org/plospathogens/article/authors?id=10.1371/journal.ppat.1009917