近日，本所蔬菜害蟲防控團(tuán)隊(duì)繪制了Bt Cry1Ac殺蟲蛋白的高抗小菜蛾中MAPK信號途徑反式調(diào)控多個中腸受體基因和非受體同源基因差異表達(dá)的信號網(wǎng)絡(luò)。該研究首次揭示了MAPK信號途徑參與害蟲抗藥性的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究結(jié)果對于指導(dǎo)重大農(nóng)業(yè)害蟲對Bt抗性的監(jiān)測預(yù)警以及轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物的抗性治理具有重要的理論和實(shí)踐意義。相關(guān)內(nèi)容以“The regulation landscape of MAPK signaling cascade for thwarting Bacillus thuringiensis infection in an insect host”為題在線發(fā)表于國際著名期刊PLoS Pathogens上。

 

　　小菜蛾是一種世界性危害的十字花科蔬菜作物重大害蟲，每年在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)40-50億美元。蘇云金芽胞桿菌，簡稱Bt，它是一種革蘭氏陽性細(xì)菌，能產(chǎn)生多種殺蟲蛋白從而高效特異的殺死不同害蟲而對人畜環(huán)境安全無害。目前，基于Bt殺蟲蛋白研發(fā)的Bt生物殺蟲劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物為全世界化學(xué)殺蟲劑的減施、害蟲綠色防控和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全做出了極大貢獻(xiàn)并取得了空前巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。然而，昆蟲對Bt的快速抗性進(jìn)化嚴(yán)重威脅著Bt生物殺蟲劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物的研發(fā)推廣和可持續(xù)應(yīng)用。目前，至少已經(jīng)有9種重要農(nóng)業(yè)害蟲在田間對 Bt產(chǎn)生了高抗性，其中，小菜蛾是最早也是目前唯一被報(bào)道在田間對Bt生物殺蟲劑產(chǎn)生高抗性的農(nóng)業(yè)害蟲。

 

　　前期，該團(tuán)隊(duì)在國際上首次揭示了蛻皮激素（20E）和保幼激素（JH） 含量升高及其串?dāng)_，可以激活BtR-1抗性基因座內(nèi)一個絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號途徑關(guān)鍵基因MAP4K4，進(jìn)而反式調(diào)控多個中腸基因差異表達(dá)，使小菜蛾在維持正常生長發(fā)育的前提下對Bt 殺蟲蛋白完美進(jìn)化產(chǎn)生高抗性，相關(guān)研究分別于2015年和2020年發(fā)表于國際著名期刊PLoS Genetics和Nature Communications上。

 

　　本研究首先在全基因組范圍對小菜蛾MAPK信號途徑激酶基因進(jìn)行鑒定，隨后通過磷酸化蛋白質(zhì)組鑒定得到在Bt殺蟲蛋白Cry1Ac抗性種群中磷酸化水平上升的MAPK信號途徑激酶。進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)表明MAPK信號途徑的上游關(guān)鍵激酶MAP4K4可以通過MAP3K（Raf和MAP3K7）—MAP2K（MAP2K1 MAP2K4和MAP2K6）—MAPK（ERK、JNK和p38）的多級級聯(lián)信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控下游中腸受體和非受體同源基因差異表達(dá)，從而使小菜蛾對Bt Cry1Ac殺蟲蛋白產(chǎn)生高抗性，最終揭示了MAPK信號途徑在調(diào)控小菜蛾Bt Cry1Ac殺蟲蛋白抗性的信號線路圖譜，為全面闡明MAPK信號途徑對Bt殺蟲蛋白抗性的層級調(diào)控模式奠定了基礎(chǔ)。

 

　　蔬菜害蟲防控團(tuán)隊(duì)的郭兆將研究員和博士后康師（現(xiàn)為河北大學(xué)生科院特聘教授）為本論文的共同第一作者，張友軍研究員與郭兆將研究員為本論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家優(yōu)青項(xiàng)目以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。

 

　　原文鏈接：https://journals.plos.org/plospathogens/article/authors?id=10.1371/journal.ppat.1009917