类似于蚜虫的昆虫从植物中窃取了DNA –基因保护它们免受叶毒素的侵害

此图像显示在叶子上的粉虱。

数百万年前，一种叫做粉虱的类蚜虫将植物的一部分DNA整合到了它们的基因组中。一个中国研究小组今天（2021年3月25日）发表在《细胞》杂志上，揭示了粉虱利用这种被盗基因降解植物用来防御昆虫的常见毒素，从而使粉虱可以安全地以植物为食。

瑞士纳沙泰尔大学化学生态学家和昆虫学家特德·特林斯（Ted Turlings）合着说：“这似乎是功能基因从植物向昆虫水平转移的第一个记录例子。”“您无法在任何其他昆虫物种中找到该基因BtPMaT1，该基因中和植物产生的有毒化合物。”

科学家认为，植物可能会在自己的细胞内使用BtPMaT1来以无害的形式存储其有害化合物，因此植物不会自身中毒。由中国农业科学院蔬菜花卉研究所的张友军带领的研究小组结合了遗传和系统发育分析，揭示了大约三千五百万年前，粉虱偷走了这个防御基因，使昆虫获得了抗性。为自己排毒的能力。

“我们认为植物中的一种病毒可能已经吸收了该BtPMaT1基因，并且在被粉虱吞噬后，该病毒必须在昆虫内部进行了某些操作，从而将该基因整合到了粉虱基因组中，” Turlings说。“当然，这是极不可能发生的事件，但是如果您考虑到跨越时间跨度的数百万年，数十亿只昆虫，病毒和植物，这可能会偶尔发生，并且如果获得的基因对昆虫，那么它将在进化上受到青睐并可能传播。”

这个图象显示哺养在叶子的一只粉虱。

粉虱已成为世界范围内的主要农业害虫，能够侵袭全球至少600种不同的植物。“我们一直在问自己的问题之一是，这些昆虫如何获得这些令人难以置信的适应能力，从而规避了植物防御，并且凭借这一发现，我们揭示了至少一个原因。”图灵斯说。

图灵斯的中国同事利用这些知识，制定了一项战略，以消除粉虱偷来的超级大国。他们开发了一个小的RNA分子，该分子干扰粉虱的BtPMaT1基因，使粉虱对植物的有毒化合物敏感。

“这种设计最令人激动的步骤是当我们的同事对番茄植物进行基因改造以开始产生这种RNA分子时，” Turlings说。“一旦粉虱取食了西红柿并摄入了植物产生的RNA，它们的BtPMaT1基因就被沉默，导致该虫死亡100％，但是基因操作对其他被测昆虫的存活没有影响。”

通过集中精力生产能够使粉虱基因沉默的转基因作物，这可以作为针对害虫控制的有针对性的策略，以对抗由粉虱种群引起的农业破坏。

他说：“这种方法肯定还需要克服一些障碍，尤其是对使用转基因植物的怀疑。但是在将来，我确实将其视为控制粉虱的一种非常清晰的方法，因为现在我们确切地知道了防治粉虱的方法。其背后的机制，我们有能力处理可能出现的粉虱基因的可能变化。

参考：夏继兴，郭肇江，杨泽中，韩浩林，王少丽，徐海峰，杨新锋，杨凤山，吴庆军，谢文和周旭国，“粉虱劫持了一种中和植物毒素的植物解毒基因”，2021年3月25日， Cell.DOI：
10.1016 / j.cell.2021.02.014

这项研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，中国农业研究系统，北京市病虫害防治和可持续栽培重点实验室以及中国科学技术创新计划的支持。中国农业科学院。