近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所張友軍研究員領銜的蔬菜蟲害防控創新團隊在小菜蛾Bt抗性中腸受體基因轉錄調控機制研究領域取得新進展。該研究發現MAPK信號途徑調控的轉錄因子GATAd通過與Bt Cry1Ac殺蟲蛋白受體基因PxmALP的啟動子不同靶標位點結合，調控抗性小菜蛾PxmALP基因表達下調，從而參與小菜蛾Bt Cry1Ac殺蟲蛋白抗性的形成。研究結果為昆蟲Bt抗性轉錄調控機制研究提供了全新視角。相關內容以“MAPK-mediated transcription factor GATAd contributes to Cry1Ac resistance in diamondback moth by reducing PxmALP expression”為題發表于國際著名期刊PLoS Genetics上。   　　蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis, Bt）屬革蘭氏陽性細菌，產生的多種殺蟲蛋白可以殺死多種農業害蟲，具有靶標特異、環境友好的特點，基于Bt殺蟲蛋白的生物殺蟲劑及轉基因作物已廣泛應用于全球農業生產。然而，隨著Bt生物殺蟲劑和轉Bt基因抗蟲作物的大面積使用與推廣，害蟲對Bt快速進化產生抗藥性，嚴重制約了Bt生物技術產品的發展。目前，全世界至少已經有9種重大農業害蟲在田間對Bt生物殺蟲劑和轉Bt基因抗蟲作物產生了高抗性。小菜蛾是為害十字花科蔬菜和作物的重要害蟲，每年在全球造成的經濟損失高達40-50億美元。目前，小菜蛾已對多種化學和生物殺蟲劑產生了抗藥性，是最早在田間被報道對Bt生物殺蟲劑產生抗藥性的農業害蟲。   　　張友軍團隊前期研究已表明，小菜蛾昆蟲激素含量升高及其串擾激活的MAPK信號途徑反式調控中腸受體和非受體同源基因差異表達，從而使小菜蛾在維持正常生長發育的前提下對Bt Cry1Ac殺蟲蛋白產生完美的高抗性。相關研究結果相繼發表于PLoS Genetics （2015）、Nature Communications （2020）和PLoS Pathogens （2021） 等國際著名期刊。然而，MAPK信號途徑調控中腸基因差異表達的轉錄調控機制仍不清楚。   　　在本研究中，張友軍團隊在前期研究的基礎上成功解析了小菜蛾Bt Cry1Ac殺蟲蛋白受體基因PxmALP的轉錄調控機制。研究發現，該基因的啟動子序列在Cry1Ac敏感和抗性種群中雖然存在多個SNP位點，但這些位點并不影響PxmALP的啟動子活性。進一步分析表明，PxmALP啟動子區存在多個轉錄因子結合位點，其中轉錄因子GATAd在敏感種群中表達量顯著高于抗性種群，且可差異調控敏感和抗性小菜蛾啟動子活性變化。隨后，通過定點突變、EMSA及酵母單雜等實驗技術驗證了GATAd可與敏感和抗性小菜蛾啟動子中不同的結合位點特異性結合。此外，在抗性啟動子中GATAd結合位點附近，連續六個核苷酸的插入顯著抑制了GATAd的調控活性。抗性小菜蛾種群中利用RNAi沉默MAPK信號途徑上游的MAP4K4基因后，GATAd和PxmALP基因的表達量顯著上調，說明MAPK信號途徑通過反式調控GATAd從而調控PxmALP基因的表達，導致小菜蛾對Bt殺蟲蛋白Cry1Ac產生高抗性。本研究為昆蟲Bt抗性相關基因的轉錄調控機制研究提供了重要借鑒，并為揭示害蟲Bt抗性進化機制提供了理論支撐。
　　圖1. MAPK信號途徑通過GATAd調控PxmALP表達下調的轉錄調控機制   　　張友軍團隊的博士生郭樂為論文第一作者，碩士生程周強、博士生覃艦瑩和博士后孫丹為共同第一作者，郭兆將研究員與張友軍研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到了嶺南現代農業實驗室科研項目、國家自然科學基金優青和面上項目以及中國農業科學院科技創新工程等項目資助。   　　原文鏈接：https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010037