重大突破！植物到动物的功能基因转移 首获证实
近日，国际顶级科学期刊Cell杂志在线发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队题为Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins的研究论文。
该论文揭示了被联合国粮农组织（FAO）认定的迄今唯一“超级害虫”烟粉虱，具有一种类似“以子之矛、攻子之盾”的本领：其从寄生植物那里获得了防御性基因。这是现代生物学诞生100多年来，首次研究证实植物和动物之间存在功能性基因水平转移现象。这项发明是研究团队经过20年不懈努力的结果， 它将为新一代靶标基因导向的烟粉虱田间精准绿色防控技术的研发提供全新思路。
令人鼓舞的是，该论文是我国农业害虫研究领域的首篇Cell文章，并被选为封面文章，已于2021年4月1日正式出版。
Cell封面论文及其揭示的烟粉虱广泛寄主适应性机制
图片来源：中国农业科学院蔬菜花卉研究所官网
以往人们只是了解动物和动物之间、植物和植物之间存在一些为人所知或不为人知的互动关系，而现在终于知道，这样神奇的互动关系在动物和植物之间同样存在。团队首席、中国农业科学院蔬菜花卉所所长张友军研究员表示，“大自然真是太精妙、神奇了”。
烟粉虱（Bemisia tabaci）是被联合国粮农组织 (FAO) 认定的世界第二大害虫，也是迄今为止唯一被冠以“超级害虫”的农业害虫，被列为最危险的100种入侵物种。烟粉虱不仅通过刺吸寄主植物韧皮部汁液对其造成直接伤害，还能分泌蜜露诱发煤污病等植物真菌病害危害植物，更重要是作为病毒的超级载体（已报道烟粉虱能够传播300余种病毒），烟粉虱能够传播极具破坏性的植物病毒病，每年造成全球巨大的经济损失。极度多食性和广泛的寄主适应性（已报道其寄主植物超过600余种）是其暴发成灾的主要原因。
从2001年起，张友军就对烟粉虱产生兴趣，经过持续20年的研究，发现了烟粉虱从植物中获得水平转移基因BtPMaT1促进其广泛的寄主适应性。
初次转机出现在2013年7月，张友军团队在对烟粉虱作基因组测序时发现其体内的植物源基因。“刚发现时我们也很吃惊。”论文共同第一作者、中国农科院蔬菜花卉所已出站博士后杨泽众表示。此后，团队运用同源基因进化分析和异源蛋白表达技术等手段，证实了它是一种来源于植物的名为PMaT的基因。
张友军解释，在植物和昆虫的共进化过程中，植物能够产生有毒的次级代谢产物（比如最常见的酚糖）来防御昆虫侵害；但是酚糖在充当植物“铠甲”的同时，其过量表达又对植物本身生长发育不利，于是植物就利用PMaT基因代谢酚糖来降毒。
烟粉虱“盗用”了植物源PMaT解毒基因变成自己的BtPMaT1基因（这一基因水平转移事件发生在距今3500万年—8600万年间），这些基因由原子构成的若干组碱基表达，在被烟粉虱“偷盗”之后，其结构基本不变，功能大致相当。烟粉虱由此获得了对大多数植物“免疫”的本领，这正是巧妙的“以子之矛、攻子之盾”的生物防御策略。
本研究利用生物信息学、分子生物学、生物化学、生物学等方法首次提供了植物源基因水平转移至昆虫中的功能性证据，揭示了烟粉虱独特的寄主适应性的机制，被视为适应性进化研究的重大突破。
中国科学院院士，清华大学教授谢道昕在谈及此项研究时说：烟粉虱是世界性的入侵害虫，不仅通过刺吸植物韧皮部汁液直接影响植物生长发育，还分泌蜜露诱发植物真菌病害，更重要的是，它们传播多种极具破坏性的植物病毒病严重危害寄主植物。取食植物种类多和寄主适应性强是烟粉虱暴发危害的主要原因。
该研究阐明了烟粉虱的寄主适应性机制，既具有重要科学意义，又紧密联系生产实际，为烟粉虱的绿色防控提供了新策略，还为其他作物的害虫防控提供了重要借鉴。
中国科学院院士，中国农业科学院作物科学研究所钱前评论说：
中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军研究员团队的研究工作使我们眼前一亮，让人们看到超级害虫烟粉虱适应性进化的巧妙的一面，它们通过劫持植物的基因来代谢对自身不利的植物次级代谢产物，促进了烟粉虱的寄主适应性。尤为重要的是，本研究构建的转基因番茄能够有效控制烟粉虱，且对环境中的非靶标生物安全。
（本文参考科技日报、网易有关文章改编）
