近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物害虫监测与控制创新团队在《Entomologia Generalis》《Frontiers in Plant Science》（JCR一区）上相继发表了题为“ ilvE as a potential RNAi target to inhibit amino acid synthesis to control the wheat aphid Sitobion miscanthi ”“ metabolic relay gene of aphid and primary symbiont as RNAi target loci for aphid control ” 的论文，揭示了麦蚜-初级共生菌 Buchnera 营养物质代谢接力基因作为RNAi靶标研发蚜虫防控新策略。
在昆虫与体内微生物长期的协同进化过程中，蚜虫与其体内初级共生菌 Buchnera aphidicola 形成了密切的互利共生关系，蚜虫强适应性可能源于 Buchnera 的幕后支持。因此，打破蚜虫-共生菌互利共生关系有望为蚜虫绿色防控研究提供新思路。本研究基于前期完成的荻草谷网蚜高质量基因组，进一步解析了荻草谷网蚜初级共生菌 Buchnera 基因组，通过KEGG代谢途径分析阐明了荻草谷网蚜与 Buchnera 两者十种必需氨基酸合成途径，明确荻草谷网蚜 Buchnera 基因组中几乎包含十种必需氨基酸合成途径中的所有关键基因，然而缺失了必需氨基酸亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（lle）和缬氨酸（Val）合成通路中最后一步所需的支链氨基酸转移酶基因 （branched-chain amino acid transferase, ilvE ）及异亮氨酸合成通路中的第一步基因苏氨酸脱水酶基因（threonine dehydratase, ilvA ），而这两个基因恰好存在于蚜虫基因组中。值得注意的是， ilvE 定位在蚜虫常染色体上，而 ilvA 则定位在蚜虫具有高度保守的性染色体上。转录组学分析及选择压力分析结果表明，蚜虫在性染色体的选择压力显著高于常染色体，但其基因平均表达水平显著低于常染色体。对 ilvE 和 ilvA 基因克隆及序列分析发现在不同蚜虫体内都具有高度保守性，荧光定量实验表明两者都在蚜虫特化细胞即菌胞上高表达。进一步通过RNA干扰技术揭示了敲降 ilvE 的表达对蚜虫死亡率及蚜虫体内 Buchnera 菌相对丰度具有明显的负面影响，然而干扰 ilvA 的表达显著降低蚜虫体重和产蚜量。研究结果为以蚜虫与共生菌 Buchnera 代谢接力基因作为RNAi靶标，研发蚜虫防控新技术、打破蚜虫-共生菌共生关系的“抑菌防虫”新策略提供理论依据。
该成果是中国农业科学院植物保护研究所陈巨莲研究员团队在小麦与共生菌互作机制及绿色防控关键技术研发的最新研究成果，博士后（已出站）李迁为这两篇论文的第一作者，陈巨莲研究员为通讯作者，范佳副研究员、侯茂林研究员、研究生程雨参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金（32001900）、博士后基金（2020M680786） 国家重点研发计划项目（2017YFD0201700）等项目的资助。
文章链接：https://www.schweizerbart.de/papers/entomologia/detail/43/101838；
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1092638/full
日期：2023-03-27
