项目第一完成单位:(1)昆虫科学研究所,(2)生物技术研究所 项目合作单位:(1)Department of Botany and Plant Sciences, University of California, Riverside, California, USA. (2)农药与环境毒理研究所 项目负责人:刘树生、周雪平
全世界已知植物病毒约1100种。植物病毒病素有“植物癌症”之称,每年致病引起的经济损失达600亿美元。植物病毒对作物的侵染依赖载体的传播,约80%的植物病毒的传播媒介是小型昆虫,如蚜虫、粉虱等。因此,媒介昆虫的数量增长直接影响到病毒病的流行危害程度。项目组依据近年一些重大入侵害虫不仅直接取食危害、而且传播重要作物病毒的实际,紧密结合国家农业重大科技需求,开展病毒与媒介昆虫互作领域的前沿研究。
项目组在2007年发现,当重大入侵害虫烟粉虱把一种重要病毒传到作物上,然后在发病的植物上取食,其数量增长大大加快,而烟粉虱数量的大量增加,又有利于病毒病的流行,从而促成了介体昆虫与病毒之间的互惠共生,有利于两者的发生危害。当年这一发现发表后,引起了国内外学术界、农业界和经济界的广泛关注,国际著名经济学杂志《经济学人》(The Economist),以“白色死亡”(white death)为题,特地报道了这一重要发现。
项目这次的重要进展,就是在上述基础上,又历经5年,在揭示媒介昆虫与病毒互惠关系的生理机制和分子机制上取得突破。发现病毒侵染压抑了植物体内茉莉酸防御信号途径和萜类化合物合成相关基因的表达,降低了植物中茉莉酸的滴度以及萜类化合物的释放,从而提高了植物对烟粉虱的适合性。通过基因过表达和沉默试验证明,由病毒卫星编码的致病蛋白启动了病毒对茉莉酸代谢相关抗性的压抑,病毒侵染压抑了萜类化合物的合成,进而促成了这种通过寄主植物介导的媒介昆虫-植物病毒之间的互惠关系。
这是首次从生理和分子水平揭示媒介昆虫与病毒之间通过植物介导形成互惠关系的重要机制。由于茉莉酸是广泛存在于高等植物中介导抗虫性的重要激素,萜类化合物是高等植物中种类最多的一类植物次生代谢物质,因此,本项目的发现不仅深化了有关病毒、媒介昆虫、植物三者互作关系的认识,而且为探索通过干扰病毒与植物互作、充分利用植物抗性防控媒介昆虫和植物病毒提供了新思路。
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