烟粉虱|20年！破解超级害虫“独门绝技”( 二 ) 张友军|酶活|等位基因频率|双

植物给自己准备的“解药”就是酚糖丙二酰基转移酶（PMaT）。由它催化的酚糖丙二酰基化反应在植物的生命过程中发挥重要的“解毒”作用。
那么，喜欢吃番茄叶片的烟粉虱到底是怎么对付酚糖的？
以往的化学分析已经不能解答这个难题。一段时间里，烟粉虱的解毒机制研究进展缓慢。
2009年，Q型烟粉虱在国内大面积暴发，并在番茄上传播病毒，造成的经济损失达100多亿元。对烟粉虱的防控刻不容缓。
就在这时，基因组测序技术的进步带来了突破瓶颈的希望。张友军团队决定给Q型烟粉虱基因组测序。2013年，烟粉虱基因组测序完成，获得了20786个基因。
论文共同第一作者杨泽众告诉《中国科学报》，在分析烟粉虱复杂的高级功能和生物系统相关基因的过程中，“我们发现了后来被命名为BtPMaT1的基因。当时感觉很兴奋” 。
因为他们随后证明，这个烟粉虱的基因与植物的酚糖丙二酰基转移酶是同源基因。
“BtPMaT1基因的确存在于烟粉虱基因组中，而非植物基因组污染。”张友军说，进化树分析结果表明，烟粉虱BtPMaT1基因的同源基因仅存在于植物和少量的真菌中。“这是烟粉虱从植物那里‘偷盗’而来的基因，这是一种普遍存在于生物界的水平基因转移现象。”张友军说。
此前研究已经证明，水平基因转移在原核生物之间经常发生，通常认为是原核生物进化的驱动力。越来越多的证据表明，水平基因转移也是真核生物适应性进化的重要因素。
不过，节肢动物水平基因转移事件的基因供体几乎全是微生物，此前一直缺少植物源功能基因水平转移至昆虫的实验证据。
论文共同通讯作者、瑞士纳沙泰尔大学化学生态学家和昆虫学家Ted Turlings说：“这项研究在国际上首次提供了植物基因水平转移至昆虫中的功能性证据，这种能够代谢植物防御性毒素的基因——BtPMaT1仅存在于烟粉虱中。”
通过体外细胞表达酶活分析、烟粉虱中肠组织酶活分析和烟粉虱排泄物酶活代谢分析发现，这个基因依然行使着和植物同源基因一样的功能——对酚糖进行解毒。
“植物的‘矛’被烟粉虱偷来，反而变成了攻击植物的‘矛’ 。”张友军说。
用RNA干扰反制
“我们认为植物的某种病毒可能携带了BtPMaT1基因，在被烟粉虱取食后，该病毒通过某种未知的机制，将该基因整合到烟粉虱的基因组中。”Turlings说，“当然，这是一件看似不可能发生的事情，但试想在几百万年里，几十亿个昆虫、病毒和植物穿越时间不断进化，这种情况偶尔也会发生，如果获得的基因对昆虫有利，那么它就会进化得更有利，并广泛传播。”
揭示了烟粉虱难以置信的适应能力的分子机制之后，张友军团队制定了一种策略，来破解烟粉虱窃取的“超级力量”，即利用RNA干扰烟粉虱的BtPMaT1基因，使其对这种植物有毒化合物敏感。
RNA干扰是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象，其作用是使得相关基因沉默。
在这里，“我们用BtPMaT1基因的片段制作了发夹RNA，直接向烟粉虱饲喂发夹RNA，干扰效率约为50%，沉默该基因后，3种酚糖处理使烟粉虱的死亡率增加约20% 。”张友军说。
此外，他们还构建了表达该发夹RNA的转基因番茄品系。他们发现，取食转基因番茄的烟粉虱排泄物中，一部分酚糖类物质的含量增加，且部分酚糖的酰基化产物降低。
“在没有农药作用下，取食野生番茄7天后，烟粉虱死亡率为15.48%，取食转基因番茄7天后烟粉虱死亡率为93.35%，而对非靶标节肢动物蚜虫和二斑叶螨没有影响。”郭兆将说，转基因番茄品系能够有效控制烟粉虱。

烟粉虱|20年！破解超级害虫“独门绝技”( 二 )

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