雷竞技-“调控护盾”让小菜蛾进化出杀虫剂高抗性—新闻—科学网

苏云金芽胞杆菌（Bt）能发生多种杀雷竞技虫卵白，高效特异的杀死多种农业害虫。但是，全球已有13种主要的农业害虫对Bt生物杀虫剂或转Bt基因抗虫作物发生了抗药性。

小菜蛾幼虫。受访者供图

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近日，中国农业科学院蔬菜花草研究所研究员张友军团队破解了最早被报导对Bt生物杀虫剂发生抗药性的农业害虫小菜蛾顺应性进化的份子机制，初次揭露了一个中肠转录调控环介导小菜蛾Bt抗性的调控机制。

相干功效7月14日在线颁发在Cell旗下国际期刊《立异》（The Innovation）。

顺应性进化的“梢公”：表不雅遗传与转录调控

论文通信作者张友军告知《中国科学报》，小菜蛾是一种为害十字花科蔬菜的世界性重年夜农业害虫，也是世界上第一个被报导在田间对Bt生物杀虫剂发生高抗性的虫豸，是以成为研究虫豸若何对Bt生物杀虫剂发生抗药性的杰出尝试材料。

此前的研究中，张友军团队发现，虫豸蜕皮激素20E含量升高会激活小菜蛾丝裂原活化卵白激酶（MAPK）旌旗灯号路子，反式调控多个中肠基因差别表达，终究致使小菜蛾对Bt生物杀虫剂进化发生高抗性。

“但是，Bt抗性小菜蛾蜕皮激素含量升高的调控机制尚不明白。在是我们将研究重点存眷在与虫豸蜕皮激素20E含量转变紧密亲密相干的表不雅遗传和转录调控上。”张友军说。

论文第一作者兼配合通信作者、蔬菜所研究员郭兆将告知《中国科学报》，表不雅遗传学是指在不改变基因的DNA序列的环境下，基因功能产生了可遗传的转变，终究致使表型的转变，包罗非编码RNA、DNA甲基化、组卵白润色和染色质重塑等。转录调控是基因表达调控的一部门，它决议哪些基因在什么时候、何地、以何种体例被表达，首要经由过程转录因子、启动子区域、加强子和RNA聚合酶等直接调理基因转录。

miRNA：致使完善抗性的“开关”

郭兆将介绍，miRNA是真核生物中普遍存在的一类长度为18~24个核苷酸的小型非编码RNA份子，是一种主要的表不雅遗传调控因子。miRNA经由过程与信使RNA （mRNA）上的互补序列连系，按捺转录后基因表达，进而影响生物体内的多种生物学功能。

他们起首发现，miR-8545的表达量在小菜蛾Bt抗性种群中显著升高。随后，他们证实了miR-8545的升高与小菜蛾Bt抗性相干。

“为了验证miR-8545是经由过程哪一个靶基因介导小菜蛾Bt抗性，我们操纵5个miRNA靶基因猜测软件，共取得7个候选靶基因，此中唯一葡萄糖脱氢酶GLD基因（PxGLD）可以或许与miR-8545直接连系，并且该基因在小菜蛾Bt抗性种群中表达量显著下降。”郭兆将说。

为了摸索该基因的表达量下降是不是与小菜蛾Bt抗性相干，他们操纵干扰技将该基因在敏感种群中进行缄默。成果发现，小菜蛾幼虫对Bt杀虫卵白的敏感性显著下降。注解小菜蛾中该基因的表达量下降与Bt抗性相干。

接下来，他们发现，将该基因在敏感种群中进行缄默后，蜕皮激素20E的含量显著增添。同时，操纵显微打针将蜕皮激素20E打针到小菜蛾幼虫体内后，PxGLD基因的表达量显著增添。遗传连锁尝试也注解，PxGLD基因表达量下降与小菜蛾Bt抗性表型慎密连锁。

注释抗性“开关”的调控机制

论文配合第一作者、蔬菜所博士后朱流红介绍，他们经由过程克隆miR-8545的启动子序列并进行候选转录因子猜测。

他们经由过程一系列尝试肯定，转录因子PxDfd可以或许与miR-8545的启动子连系。将PxDfd基因在对bt杀虫卵白敏感的小菜蛾种群中进行缄默后发现，小菜蛾幼虫对Bt杀虫卵白的敏感性显著下降，这注解PxDfd基因的表达量下降与小菜蛾抗性相干。

朱流红介绍，进一步研究证实，将蜕皮激素20E打针到小菜蛾幼虫体内后，PxDfd和PxGLD的表达量均显著增添，miR-8545的转录程度则显著下降。成果注解，过量的20E可以经由过程负反馈机制按捺PxDfd/miR-8545/PxGLD调控轴。

该研究在国际上初次明白了中肠转录调控环介导小菜蛾Bt抗性的份子机制：即PxDfd表达程度的下降致使miR-8545表达量增添，从而按捺PxGLD基因的表达，进而引发Bt抗性小菜蛾体内20E含量显著升高。

郭兆将说，为了不蜕皮激素20E的过度升高影响小菜蛾正常发展发育，蜕皮激素20E含量升高后会经由过程负反馈调理机制按捺PxDfd基因的表达，确保小菜蛾中肠细胞中蜕皮激素20E含量的内稳态，从而构成了一个要害“调控护盾”，使小菜蛾在保持正常发展发育的条件下进化发生完善的Bt抗性表型。

张友军说，该成果为虫豸Bt抗性份子机制研究供给了全新的视角，对田间害虫Bt抗性监测预警和综合治理具有主要的理论和实践意义。

相干论文信息：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100675

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