泛素化“天平”决定昆虫抗性与繁殖能力的平衡
泛素化“天平”决定昆虫抗性与繁殖能力的平衡
自然选择如何驱动生物演化？昆虫对化学杀虫剂的抗性提升与繁殖力下降此消彼长，其关键的分子“开关”究竟藏在何处？
烟粉虱成虫。中国农科院蔬菜所供图
近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员、中国工程院院士张友军团队在《美国科学院院刊》（ PNAS ）发表论文。 该研究系统揭示了泛素化修饰介导害虫抗药性演化权衡的精细分子机制，首次将泛素化这一基础细胞过程与昆虫杀虫剂抗性演化及其生殖适合度代价直接关联，找到了拨动这个“天平”的关键角色。研究结果深化了对昆虫泛素化系统的认识及其在适合度过程中的作用，并为可持续害虫防治策略提供了新的见解。
烟粉虱是被冠以“超级害虫”的世界性农业害虫，也是我国设施蔬菜的主要害虫。连续多年的抗性监测表明，田间烟粉虱对新烟碱类杀虫剂产生了高抗性，但其抗性演化几乎总伴随着适合度代价。
深入研究发现，E3泛素连接酶TRIM37通过泛素化级联通路，调控转录因子CREB的稳定性，进而同时驱动解毒基因CYP6CM1过表达（赋予新烟碱类抗性）和卵子发生关键基因Vasa抑制（导致生殖力下降）。
在抗性烟粉虱中，TRIM37表达下调导致分子开关CREB蛋白累积，一个分子事件同时撬动了“生存”与“繁衍”两端，从而介导烟粉虱抗药性及其生殖代价。
PNAS责任编、美国科学院院士Fred Gould评价，“该研究极具创新性，并显著深化了我们对遗传抗性机制的理解”。
该团队的系列报道，逐步揭开了田间烟粉虱如何形成新烟碱类杀虫剂的高抗性及其为了生存所付出代价的“分子面纱”，为后续的抗性治理和新农药研发指明方向。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所为该论文第一完成单位。该所博士生胡津瑜为该论文第一作者，中国热带农业科学院副研究员付步礼、长江大学教授苏奇、农业农村部食物与营养发展研究所博士郭心迪、湖南省农业科学院博士张城嘉为该论文共同第一作者。英国埃克塞特大学教授Chris Bass和蔬菜所研究员杨鑫为该论文共同通讯作者。
研究获得了国家自然科学基金创新群体、国际(地区)合作与交流项目、面上项目以及中国农业科学院科技创新工程等项目资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2536664123