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昆虫“偷盗”植物基因，保护自己免受植物毒素伤害｜Cell

来源：花匠小妙招时间：2025-05-03 23:40

数千万年前，一种叫做烟粉虱的害虫将一部分植物 DNA 整合到了自己的基因组中。3 月 26 日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队在 Cell Press 细胞出版社旗下主刊《细胞》（Cell）上发表文章，揭示了烟粉虱利用“偷来”的植物基因降解植物用来防御昆虫的常见毒素，从而能够安全地取食不同寄主植物。

瑞士纳沙泰尔大学化学生态学家和昆虫学家、论文共同通讯作者 Ted Turlings 说：“本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，其他昆虫中均不存在该基因。”

科学家认为，植物能够利用 BtPMaT1 将有毒化合物以无害的形式储存在细胞内，从而使其免受自身的伤害。本文主要通讯作者，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队，研究揭示了大约 3500 万年前，烟粉虱“偷取”了这种防御基因，使其具备解毒这些化合物的能力。

烟粉虱能传播 300 多种植物病毒，是病毒的超级媒介昆虫。“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。”

烟粉虱是世界上重要的农业害虫，能够取食至少 600 种寄主植物。“我们一直在考虑一个问题，这种昆虫何种方式绕过植物的防御从而获得令人难以置信的适应能力？通过本研究，我们至少揭示了其中一个原因。”Turlings 说。

基于此，张友军研究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 siRNA 干扰烟粉虱的BtPMaT1基因，使其对这种植物有毒化合物敏感。

Turlings 说：“令人兴奋的是，我们的合作伙伴构建了产生 siRNA 的转基因番茄品系，一旦烟粉虱取食这些番茄，并摄入的 siRNA，会沉默BtPMaT1基因，并导致烟粉虱近乎 100% 死亡，而对且供试的非靶标害虫无影响。”

研究人员认为，这种能够抑制烟粉虱基因的转基因作物，将成为控制烟粉虱危害的有针对性的控制策略。集中种植能够抑制粉虱基因的转基因作物，可能成为一种有针对性的害虫控制策略，以应对粉虱种群造成的农业破坏。

“当然，应用这种方法还需要克服一些障碍，最明显的就是人们对转基因作物的忧虑。”他说，“但在未来，我确实认为这是一种绿高效安全的烟粉虱防治方法，因为该基因来源于植物，而且，现在我们明确了它的作用机制，我们也有能力应对烟粉虱基因可能发生的变化。”

本研究的第一单位为中国农业科学院蔬菜花卉研究所，主要通讯作者为张友军研究员；共同通讯作者为瑞士纳沙泰尔大学生物学研究所的 Ted C. J. Turlings 教授。中国农业科学院蔬菜花卉研究所已出站博士后夏吉星、郭兆将研究员和已出站博士后杨泽众为本文共同第一作者。本研究得到了国家重点研发计划项目（2019YFD1002100）、国家自然科学基金项目（31420103919; 31801747; 32022074）、特色蔬菜产业技术体系（CARS-24-C-02）、蔬菜有害生物控制与优质栽培北京市重点实验室和中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-IVFCAAS）等项目资助。

本新闻稿来自 Cell Press，经科研圈编审发布。

论文信息

【标题】Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins

【作者】Jixing Xia, Zhaojiang Guo, Zezhong Yang, Haolin Han, Shaoli Wang, Haifeng Xu, Xin Yang, Fengshan Yang, Qingjun Wu, Wen Xie, Xuguo Zhou, Wannes Dermauw, Ted C.J. Turlings, Youjun Zhang

【期刊】Cell

【日期】2021 年 3 月 26 日

【DOI】http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.014

【链接】

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00164-1

【摘要】Plants protect themselves with a vast array of toxic secondary metabolites, yet most plants serve as food for insects. The evolutionary processes that allow herbivorous insects to resist plant defenses remain largely unknown. The whiteflyBemisia tabaciis a cosmopolitan, highly polyphagous agricultural pest that vectors several serious plant pathogenic viruses and is an excellent model to probe the molecular mechanisms involved in overcoming plant defenses. Here, we show that, through an exceptional horizontal gene transfer event, the whitefly has acquired the plant-derived phenolic glucoside malonyltransferase gene BtPMaT1. This gene enables whiteflies to neutralize phenolic glucosides. This was confirmed by genetically transforming tomato plants to produce small interfering RNAs that silence BtPMaT1, thus impairing the whiteflies’ detoxification ability. These findings reveal an evolutionary scenario whereby herbivores harness the genetic toolkit of their host plants to develop resistance to plant defenses and how this can be exploited for crop protection.

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