陕西
近日，中国农科院蔬菜花卉研究所张友军团队在Nature Communications在线发表了题为A single transcription factor facilitates an insect host combating Bacillus thuringiensis infection while maintaining fitness的研究论文，报道了单个转录因子FTZ-F1可以同时调控多个小菜蛾中肠Bt杀虫蛋白受体基因及其非受体同源基因差异表达，从而使小菜蛾在对Bt杀虫蛋白产生高抗性的同时还能维持正常生长发育而无任何适合度代价。小菜蛾正是通过这种“四两拨千斤”的精妙“跷跷板”调控模式对Bt杀虫蛋白进化产生完美的高抗性表型。研究结果对于Bt抗药性的监测预警以及新型Bt杀虫剂/转Bt基因作物的研发均具有重要的理论与实践意义。
小菜蛾是一种世界性的重大农业害虫，也是第一种在田间对Bt杀虫剂产生高抗性的害虫。近二十年来，张友军团队一直从事小菜蛾对Bt杀虫剂抗性分子机制研究。前期研究发现昆虫保幼激素 （JH） 和蜕皮激素 （20E） 含量升高及其串扰激活的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号途径可以反式调控小菜蛾中肠受体基因下调表达而引起对Bt Cry1Ac杀虫蛋白的高抗性。相关研究成果先后发表于Nature Communications（2020）、PLoS Genetics（2015， 2022）、PLoS Pathogens（2021）和BMC Biology（2022）等国际著名期刊上。
本研究进一步发现，MAPK信号途径对Bt受体基因的反式调控是通过转录因子FTZ-F1来实现，转录因子FTZ-F1由非磷酸化状态向磷酸化状态的转变，使磷酸化的FTZ-F1蛋白水平增加，而非磷酸化的蛋白水平下降；增加的非磷酸化形式的FTZ-F1可以通过靶向其保守的转录因子结合位点调控下游多个中肠受体基因 （APN1、APN3a、ABCC2、ABCC3和ABCG1） 下调表达而引起抗药性。且同时发现，磷酸化的FTZ-F1还同步调控非受体同源基因表达而避免了害虫的适合度代价，即减少的磷酸化形式的FTZ-F1通过靶向非保守转录因子结合位点调控非受体同源基因 （APN5、APN6和ABCC1） 的上调表达而维持小菜蛾的正常生长发育。
图1. FTZ-F1介导小菜蛾Bt抗性和生长发育权衡的分子调控机制
综上，该研究首次发现激活的MAPK信号途径可以通过改变单一转录因子FTZ-F1的磷酸化水平，同时调控受体基因表达量下调和非受体同源基因表达量上调，使小菜蛾在维持正常生长发育的前提下对Bt Cry1Ac杀虫蛋白产生完美的高抗性 （图1） 。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所郭兆将、郭乐、覃舰莹、叶凡、孙丹为本论文第一作者，张友军、郭兆将为论文的通讯作者。该研究得到国家基金创新研究群体、国家优青以及中国农科院科技创新工程等项目资助。
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33706-x
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