中大新聞網(wǎng)訊（通訊員熊麗娜）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，抗蟲(chóng)作物品種的培育和推廣作為一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、有效的害蟲(chóng)防治措施。但害蟲(chóng)可以適應(yīng)抗蟲(chóng)品種，形成新的致害性表型，使得抗蟲(chóng)品種使用年限縮短。在適應(yīng)寄主植物抗性的過(guò)程中，植食性害蟲(chóng)需要在克服植物的防御反應(yīng)的同時(shí)確保自身的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，害蟲(chóng)需要對(duì)體內(nèi)的能量資源進(jìn)行戰(zhàn)略性配置，以滿(mǎn)足自身在解毒和維持生態(tài)適合度方面的需求。然而，目前對(duì)植食性害蟲(chóng)適應(yīng)抗蟲(chóng)作物過(guò)程中復(fù)雜的能量分配機(jī)制的了解仍然有限。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張文慶教授課題組以抗蟲(chóng)水稻及其專(zhuān)食性害蟲(chóng)褐飛虱為研究對(duì)象對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了研究。首先通過(guò)對(duì)褐飛虱對(duì)抗蟲(chóng)水稻品種IR36的非致害種群（P-TN1）和多代適應(yīng)性種群（P-AD）進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)丙氨酸是褐飛虱適應(yīng)抗性水稻品種的關(guān)鍵生物標(biāo)志物之一（圖1）。
圖1. 丙氨酸和蔗糖是褐飛虱適應(yīng)抗性水稻品種的關(guān)鍵生物標(biāo)志物
隨后的研究發(fā)現(xiàn)丙氨酸流向決定了褐飛虱對(duì)抗蟲(chóng)水稻的適應(yīng)性水平。丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（Alanine aminotransferase，ALT）介導(dǎo)的丙氨酸向丙酮酸的轉(zhuǎn)化促進(jìn)了褐飛虱對(duì)抗蟲(chóng)水稻IR36的適應(yīng)。更重要的是，丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶介導(dǎo)的丙氨酸代謝是褐飛虱適應(yīng)抗蟲(chóng)水稻后下游能量分配的基礎(chǔ)。與未適應(yīng)種群（P-ST）相比，抗性適應(yīng)種種群P-AD內(nèi)脂肪體和卵巢的能量?jī)?chǔ)備水平顯著提高，這導(dǎo)致了適應(yīng)抗蟲(chóng)水稻后的褐飛虱解毒能力的明顯提高和生態(tài)適合度的恢復(fù)（圖2）。
圖2.丙氨酸代謝介導(dǎo)的褐飛虱適應(yīng)抗蟲(chóng)水稻機(jī)制示意圖
本研究揭示了害蟲(chóng)體內(nèi)丙氨酸代謝在抗蟲(chóng)作物—植食性昆蟲(chóng)協(xié)同進(jìn)化中的意義，從能量分配的角度闡述了水稻害蟲(chóng)褐飛虱對(duì)抗蟲(chóng)水稻適應(yīng)性增強(qiáng)的機(jī)制，有助于設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)針對(duì)害蟲(chóng)丙氨酸代謝途徑的防治策略，以延長(zhǎng)抗蟲(chóng)水稻品種的使用壽命。
近日，該研究以“Alanine metabolism mediates energy allocation of the brown planthopper to adapt to resistant rice”為題在Journal of Advanced Research雜志上發(fā)表，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和水產(chǎn)動(dòng)物疫病防控與健康養(yǎng)殖全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一署名單位，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張文慶教授和已出站博士后龐銳（現(xiàn)為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院副研究員）為該論文的共同通訊作者，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生林開(kāi)和已畢業(yè)博士生岳雷（現(xiàn)為河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講師）為共同第一作者。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
