為抵御害蟲侵擾，自然界中的植物常常會產生防御反應，生成大量毒素。然而害蟲煙粉虱卻對此無懼，能夠侵害超過600種植物。為何它有如此強的適應性?中國農業科學院蔬菜花卉研究所張友軍團隊經過20年努力，于近日發現了煙粉虱體內存在來自植物的水平轉移基因BtPMaT1，揭示了該基因能夠分解植物毒素從而形成煙粉虱廣泛寄主適應性的分子機制。
3月25日23時，相關論文在國際期刊《細胞》上在線發表，并將作為封面文章于4月1日出版。這是我國農業害蟲研究領域在《細胞》上的首篇論文，揭示了昆蟲如何利用水平轉移基因來克服宿主的防御，為探索昆蟲適應性進化規律開辟了新的視角，也為新一代靶標基因導向的煙粉虱田間精準綠色防控技術研發提供全新思路。
中國農業科學院蔬菜花卉研究所所長張友軍介紹，煙粉虱作為外來入侵物種，被聯合國糧農組織認定為世界第二大害蟲。它不僅刺吸植物汁液、誘發真菌病害，更能傳播300余種病毒，每年在全球造成數十億美元的經濟損失。極度多食性和廣泛的寄主適應性是其暴發成災的主因。
張友軍團隊自2001年起開始探索煙粉虱寄主適應性機制。本次研究中，研究人員在番茄葉片上發現了防御毒素酚糖。由于過量的酚糖對番茄本身生長不利，番茄便利用一種PMaT基因來代謝酚糖。在相應的對煙粉虱的研究中，研究人員利用生物信息學和分子生物學方法，發現在煙粉虱基因組內也存在一個基因BtPMaT1，且該基因在成蟲的腸道中呈特異性表達。毒力測定和試驗顯示，BtPMaT1基因對番茄分泌的酚糖具有解毒功能，且該基因僅來自植物或少數真菌，不同于一般基因親代傳給子代的垂直轉移，它是由植物通過基因的水平轉移在進化的過程中進入煙粉虱體內，并一代代保留下來。研究人員推測，本次基因的水平轉移可能是因煙粉虱感染含有植物基因的病毒而發生的，轉移時間在3.5千萬~8.6千萬年前，具體過程有待進一步研究。
張友軍表示，科學界此前已發現，基因的水平轉移在細菌和高等生物中都有存在。本研究首次利用生物信息學、分子生物學、生物化學等方法在多個層面上證明煙粉虱的BtPMaT1基因是植物源的水平轉移基因，而煙粉虱通過“偷盜”該植物基因自我保護，對抗植物毒素。正如古人的“以子之矛攻子之盾”，煙粉虱正是通過這種巧妙的進化方式促進其廣泛寄主適應性。這也是國際上首次報道動物通過水平基因轉移方式獲得植物源基因，且該基因具有生物學功能。《細胞》期刊的審稿人一致認為，該成果是昆蟲化學生態學研究領域的重大突破性進展。
