中国热科院环植所破译生物适应性进化与适合度代价权衡的奥秘
作者：付步礼
来源：环境与植物保护研究所
日期：2024-07-05
7月4日，中国热科院环植所与中国农科院蔬菜所等国内外九家单位合作在国际四大顶刊之一的PNAS上在线发表了题为“GPCR-MAPK signaling pathways underpin fitness trade-offs in whitefly”的研究论文。该研究系统解析了困扰昆虫学家数十年关于“昆虫抗药性演化与其适合度代价权衡机制”的科学难题，为世界灾难性害虫防治及全球杀虫剂抗性治理提供了新思路，为生物进化权衡的深层次机制提供了新见解。
昆虫抗药性是生物适应性进化的典型案列。明确抗药性适合度代价是昆虫抗药性治理的基本前提，若抗药性昆虫存在适合度代价，则可利用不同类型杀虫剂轮用或混用的方式进行抗性治理。因此，揭示昆虫抗药性及适合度代价机制是抗性治理的重要基础。在过去几十年，昆虫抗药性机制已取得长足进展，而抗性适合度代价机制及其与抗药性进化权衡机制不明。
研究团队系统解析了由G蛋白偶联受体（GPCR）触发的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号级联，以招募不同作用的转录因子CREB及CncC磷酸化激活，分别调控解毒酶P450基因CYP6CM1高表达及卵子发生基因Ex、Va与Bg低表达，进而形成烟粉虱对新烟碱药剂抗性演化及生殖适合度代价的进化权衡机制。该研究为抗药性治理提供了重要依据。如在农业生产中，可应用不同作用机制杀虫剂轮用或混用的方式可对抗药性害虫进行有效治理，特别针对GPCR-MAPK信号路径为分子靶点开发特异性药物以治理抗药性问题具有重要的启示意义。
GPCR-MAPK信号级联参与烟粉虱抗药性及生殖代价的进化权衡机制模式图
中国热科院环植所“热科优青”付步礼副研究员为本论文第一作者，中国农科院蔬菜所张友军研究员为论文通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金委优青项目、创新群体项目、面上项目、青年基金、中国农业科学院科技创新工程、中国热科院基本业务费等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2402407121
