MAPK信號(hào)途徑調(diào)控小菜蛾對(duì)Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白抗藥性信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能機(jī)制

　　近日，本所蔬菜害蟲(chóng)防控團(tuán)隊(duì)繪制了Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白的高抗小菜蛾中MAPK信號(hào)途徑反式調(diào)控多個(gè)中腸受體基因和非受體同源基因差異表達(dá)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。該研究首次揭示了MAPK信號(hào)途徑參與害蟲(chóng)抗藥性的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)對(duì)Bt抗性的監(jiān)測(cè)預(yù)警以及轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)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(xiàn)發(fā)表于國(guó)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(chóng)，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(jiǎn)稱(chēng)Bt，它是一種革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，能產(chǎn)生多種殺蟲(chóng)蛋白從而高效特異的殺死不同害蟲(chóng)而對(duì)人畜環(huán)境安全無(wú)害。目前，基于Bt殺蟲(chóng)蛋白研發(fā)的Bt生物殺蟲(chóng)劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)作物為全世界化學(xué)殺蟲(chóng)劑的減施、害蟲(chóng)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(huì)和環(huán)境效益。然而，昆蟲(chóng)對(duì)Bt的快速抗性進(jìn)化嚴(yán)重威脅著B(niǎo)t生物殺蟲(chóng)劑和轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)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(chóng)在田間對(duì) 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(duì)Bt生物殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生高抗性的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)。

 

　　前期，該團(tuán)隊(duì)在國(guó)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(gè)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)途徑關(guān)鍵基因MAP4K4，進(jìn)而反式調(diào)控多個(gè)中腸基因差異表達(dá)，使小菜蛾在維持正常生長(zhǎng)發(fā)育的前提下對(duì)Bt 殺蟲(chóng)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(guó)際著名期刊PLoS Genetics和Nature Communications上。

 

　　本研究首先在全基因組范圍對(duì)小菜蛾MAPK信號(hào)途徑激酶基因進(jìn)行鑒定，隨后通過(guò)磷酸化蛋白質(zhì)組鑒定得到在Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry1Ac抗性種群中磷酸化水平上升的MAPK信號(hào)途徑激酶。進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)表明MAPK信號(hào)途徑的上游關(guān)鍵激酶MAP4K4可以通過(guò)MAP3K（Raf和MAP3K7）—MAP2K（MAP2K1 MAP2K4和MAP2K6）—MAPK（ERK、JNK和p38）的多級(jí)級(jí)聯(lián)信號(hào)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(duì)Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生高抗性，最終揭示了MAPK信號(hào)途徑在調(diào)控小菜蛾Bt Cry1Ac殺蟲(chóng)蛋白抗性的信號(hào)線(xiàn)路圖譜，為全面闡明MAPK信號(hào)途徑對(duì)Bt殺蟲(chóng)蛋白抗性的層級(jí)調(diào)控模式奠定了基礎(chǔ)。

 

　　蔬菜害蟲(chóng)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(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家優(yōu)青項(xiàng)目以及中國(guó)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