一只吃树叶的粉虱。
小粉虱。
当地时间3月25日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所和瑞士纳沙泰尔大学的科学家们在《细胞》杂志上发表论文称,数百万年前,农业害虫粉虱将一部分植物的DNA整合到了自己的基因组中,并利用这种“窃取”的基因降解植物用以预防昆虫的常见毒素,安全进食。
论文作者、瑞士纳沙泰尔大学的化学生态学家和昆虫学家Ted Turlings说:“这似乎是功能基因从植物转移到昆虫的首例记录。在任何其他昆虫物种中,我们都找不到BtPMaT1这个基因,它能够中和植物产生的有毒化合物。”
科学家们认为,植物可能在自身细胞内使用BtPMaT1以无害形式储存有毒化合物,因而不会毒伤自己。结合遗传和系统发育分析,中国农业科学院蔬菜花卉研究所的张友军(音译)领导的研究小组发现,大约3500万年前,粉虱窃取了植物的这种防御基因,成功赋予自身解毒的能力。
“我们认为植物内的一种病毒可能携带了BtPMaT1基因,在被粉虱吞食后,该病毒将BtPMaT1基因整合到了粉虱的基因组中,”Turlings说。“当然,这一事件发生的概率很低。但是,想想看,有数十亿昆虫、病毒和植物经历了数百万年存活至今,这种情况偶尔出现也并不稀奇。如果获得的基因对昆虫有益,它极有可能在进化过程中受到青睐,并继续传播下去。”
粉虱已经成为世界上主要的农业害虫。它们能攻击至少600种不同的植物。“我们一直想知道,粉虱如何获得了这些令人难以置信的适应能力,来攻克植物的防御。通过这项研究,我们至少揭示了其中一个原因,”Turlings说。
在这一背景下,研究人员开发了一种新策略,用以粉碎粉虱窃取的“超级力量”。他们研发了一种可以干扰粉虱BtPMaT1基因的小RNA分子,可使粉虱对植物的有毒化合物敏感。“我们对番茄进行了基因改造,让它们生产这种小RNA分子。一旦粉虱在啃食番茄时摄入了这种小RNA,它们的BtPMaT1基因就会沉寂,最终被植物毒素毒死。但基因操作对其他测试昆虫的生存没有影响。”Turlings说。
生产能够抑制粉虱BtPMaT1基因的转基因作物,可能会成为一种具有针对性的害虫控制策略,用于应对粉虱种群造成的农业破坏。
“当然,这种方法还需要克服一些障碍,最明显的就是公众对转基因植物的怀疑。但在未来,我确实认为这是一种非常明确的粉虱控制方法,因为现在我们知道了它背后的确切机制,并且已经准备好应对粉虱基因可能发生的变化。”Turlings说。
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编译:花花 审稿:西莫 责编:陈之涵
期刊来源:《细胞》
期刊编号:0092-8674
原文链接:
https://phys.org/news/2021-03-gene-insect-shields-leaf-toxins.html
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