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我所科研人员在植物次生代谢物影响昆虫对农药耐受性的研究方面取得新进展

2012年9月,我所陈晓亚研究组在 《Molecular Ecology》 杂志发表 “Gossypol-enhanced P450 gene pool contributes to cotton bollworm tolerance to a pyrethroid insecticide”的研究论文。阐述了昆虫利用宿主植物次生代谢物增强自身解毒酶活力,从而提高对包括农药等其他有毒物质的耐受性,揭示了次生代谢物在植物与昆虫共进化中的作用。同期杂志还发表了题为《Insect P450s: mounted for battle in their war against toxins》的评论,对该项研究给与了高度关注。

在植物-昆虫互作中,植食性昆虫给宿主植物造成很大危害。面对昆虫侵害,植物并非“坐以待毙”,除了物理性的防御(刺,表皮毛等),植物能够合成一系列有活性的小分子化合物(次生代谢物)来抵御昆虫取食。然而,通过长期的自然选择和协同进化,昆虫发展出了对有毒化合物(包括人工施加的杀虫剂)的耐受性和抗性。棉铃虫是棉花的主要害虫之一,具有发达的解毒酶系统,能耐受棉花植株中棉酚等倍半萜醛类毒素。随着杀虫剂的长期,大量使用,棉铃虫还迅速发展出了对菊酯等人工杀虫剂的田间抗性。目前对宿主植物次生代谢物与棉铃虫杀虫剂抗性之间关系的研究尚少。昆虫对植物次生代谢物的耐受性是否与其对农药的抗性有关呢?这是一个非常有趣的问题。

陈晓亚研究组与昆虫学家合作,对棉铃虫的解毒基因进行了系统研究,他们对五种植物次生代谢物及溴氰菊酯诱导的棉铃虫中肠基因表达谱进行分析,发现溴氰菊酯诱导与棉酚诱导的P450 基因最为相似,棉酚诱导的P450基因参与了棉铃虫对农药的抗性。用植物介导的RNA干扰抑制其中一个P450基因的表达,能够降低棉铃虫幼虫对溴氰菊酯的耐受性。研究表明,植食性昆虫能够利用植物次生代谢物来改变防御状态,从而增强对其他有毒化合物(包括农药)的抗性。这些结果对深入理解昆虫的环境适应性和农药抗性的发展,发展新的害虫防止策略具有重要意义。

此项研究得到了中科院“创新2020”、国家863计划、国家自然科学基金、转基因重大专项等资助。(供稿人:陶晓园)
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