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中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军AS：害虫平衡抗药性和生长发育的奥秘

来源：花匠小妙招时间：2024-11-13 04:10

摘要：中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队发现m6A RNA甲基化修饰通过微调昆虫保幼激素水平弥补重大农业害虫小菜蛾对Bt生物杀虫剂的进化产生高抗性对生长发育造成的不利影响，从而使小菜蛾在维持正常生长发育的情况下对Bt进化产生完美的高抗性。

关键词：小菜蛾，苏云金芽胞杆菌，保幼激素酯酶，m6A修饰

图1. m6A修饰介导的小菜蛾Bt抗性适合度代偿机制

农业害虫是我国的主要农业灾害之一。目前，害虫防治主要依赖各类杀虫剂，杀虫剂的大量使用极易导致害虫的高抗性。而害虫的抗性进化常常伴随着生长发育延迟、生殖能力下降和生存能力降低等严重的适合度代价（Fitness costs），这成为延缓田间害虫抗药性进化的天然屏障和关键利器。而有些害虫种群却能在不影响生长发育的前提下对杀虫剂进化产生完美的高抗性，这对杀虫剂的有效利用构成严重威胁。苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）能产生多种杀虫蛋白，基于这些杀虫蛋白研发的Bt生物杀虫剂和转Bt基因抗虫作物能高效特异的杀死不同农业害虫而对人畜环境安全无害。小菜蛾（Plutella xylostella），作为一种世界性为害的重大农业害虫，也是世界上第一个被报道在田间对Bt生物杀虫剂产生高抗性农业害虫，能在不影响生长发育的前提下对Bt杀虫蛋白进化产生完美的高抗性。因此，它是研究害虫维持正常生长发育的前提下对杀虫剂进化产生完美的高抗性的良好实验材料。

m6A RNA甲基化（N6-methyladenosine RNA methylation）是真核生物RNA中最普遍、最丰富的内部共转录修饰，它可以被甲基转移酶复合物（Writers）安装，也可以被去甲基化酶（Erasers）移除，m6A修饰的RNA分子可以被m6A识别蛋白（Readers）识别并特异性结合，随后识别蛋白可以招募有功能的RNA结合蛋白来调节RNA的各种命运（如RNA分子的选择性剪接、稳定性、核输出、翻译和降解等），从而调控生物体重要的生物学功能和病理学过程。在本研究中，研究人员发现两个关键的m6A甲基转移酶PxMETTL3和PxMETTL14的表达水平在Bt抗性小菜蛾的中肠组织中显著升高。而且，小菜蛾的保幼激素酯酶基因PxJHE的3′-UTR区靠近终止密码子附近存在一个m6A修饰位点，该m6A修饰位点会降低PxJHE mRNA的稳定性，进而负调控PxJHE的表达。即PxMETTL3和PxMETTL14表达水平的升高促进了PxJHE基因的m6A水平增加，从而抑制了PxJHE基因的表达，进而诱导昆虫体内JH含量显著升高，使小菜蛾在维持其正常生长发育的前提下进化产生完美的Bt抗性表型（图1）。

本研究在国际上首次明确了m6A修饰介导的Bt抗性小菜蛾JH含量升高的表观遗传调控机制，从而进一步解析了小菜蛾Bt抗性的适合度代偿机制。研究结果对于田间害虫Bt抗性监测预警和综合治理具有重要的理论和实践意义。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所的郭兆将研究员、白杨博士、张欣怡博士、郭乐博士后、朱流红博士后为本论文共同第一作者，张友军研究员与郭兆将研究员为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金优青、创新研究群体项目以及中国农业科学院科技创新工程项目等资助。

WILEY

论文信息：

RNA m6A methylation suppresses insect juvenile hormone degradation to minimize fitness costs in response to a pathogenic attack

Zhaojiang Guo*, Yang Bai, Xinyi Zhang, Le Guo, Liuhong Zhu, Dan Sun, Kaiyue Sun, Xudan Xu, Xin Yang, Wen Xie, Shaoli Wang, Qingjun Wu, Neil Crickmore, Xuguo Zhou, Youjun Zhang*

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202307650

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