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近期，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队在Science Advances在线发表了题为Epitranscriptomic regulation of insecticide resistance的研究论文，揭示了RNA甲基化调控农业害虫细胞色素P450基因表达，从而促进害虫杀虫剂抗性的形成的机制。研究结果不仅拓展了人们对昆虫抗性形成机制的认知，而且为田间害虫抗性监测预警和综合治理提供技术支撑。
农业害虫对杀虫剂抗性的快速进化是导致害虫防治失败、农作物产量损失以及农药残留的重要原因。烟粉虱（Bemisia tabaci）是一种严重危害园艺作物的世界性害虫，具有寄主范围广泛，繁殖率高，传播植物病毒，暴发性强和易于产生抗药性等特点。烟粉虱的危害包括直接取食植物汁液使得植物萎蔫，分泌蜜露形成煤污病从而阻抑光合作用，更为严重的是烟粉虱能够传播多种植物病毒，如烟粉虱能够传播植物双生病毒番茄黄化曲叶病毒（TYLCV），造成番茄严重减产甚至绝产。
据张友军团队介绍，防治烟粉虱主要依靠新烟碱类化学杀虫剂，而抗药性的进化迅速是烟粉虱难以防治的主要原因，阐明杀虫剂抗性机制是防治烟粉虱的基础。烟粉虱体内存在很多与生理功能和代谢相关的解毒酶，如细胞色素P450酶系。烟粉虱在接触杀虫剂后会在体内发生解毒反应，通过调动体内的解毒酶过量表达，在一定程度上进行解毒代谢，然后将一些对身体有毒害的物质排除体外。其中细胞色素P450基因的过量表达是导致烟粉虱形成抗性的重要原因，在田间烟粉虱的抗性形成中广泛发生，解析烟粉虱的解毒抗性机制是监测田间抗性发生的重要理论依据。
该团队前期通过转录组学研究发现了一个关键抗性细胞色素P450基因（CYP4C64），研究人员利用分子生物学和生物化学等手段证实该基因的过量表达是导致烟粉虱对新烟碱类杀虫剂噻虫嗪产生抗性的重要原因。同时对该基因的调控机制也进行了剖析，发现该基因上游的5’-UTR区域存在一个噻虫嗪抗性偏好性突变位点，进一步研究发现该突变位点是RNA甲基化（m6A）的识别位点，并且能够调控该基因的表达。研究结果揭示了害虫RNA甲基化通过调控P450基因表达从而形成抗性的新机制。
基因转录后的修饰在表达调控中发挥重要的作用，特别是可以反复擦写的mRNA甲基化（m6A）修饰调控了众多关键功能基因的表达，昆虫m6A研究主要集中于模式生物果蝇和家蚕，在昆虫杀虫剂抗性领域未见相关报道。本研究一方面发现了一个全新的抗性P450基因的调控机制，从表观遗传学的水平揭示了mRNA水平的甲基化在烟粉虱对噻虫嗪抗性形成中发挥重要作用；另一方面阐明了5’-UTR的点突变能够影响抗性P450基因的表达，打破了点突变往往发生在杀虫剂靶标受体上的传统概念，为田间广泛发生的解毒抗性基因的调查和检测提供新的思路。
近年来，张友军研究员团队在烟粉虱研究领域里取得了一系列突破性的研究成果。在前期的研究中，该团队发现MAPK信号途径能激活转录因子CREB从而调控关键抗性P450基因表达导致烟粉虱形成抗性（PNAS，2020）。随后在国际顶级杂志Cell上以封面文章阐明烟粉虱利用水平转移基因BtPMaT1解毒寄主防御物质，使其具备了广泛的寄主适应性（点击查看：谢道昕、钱前点评 | Cell封面！20年磨一剑，中国农科院蔬菜花卉所张友军团队揭示烟粉虱广泛寄主适应性的分子机制）。此项研究发现一个关键抗性P450基因的表观遗传学调控新机制，这篇论文是Science Advances首次发表关于农业害虫杀虫剂抗性机制的论文。
该研究的第一单位为中国农业科学院蔬菜花卉研究所，张友军研究员和英国埃克塞特大学Chris Bass教授为论文共同通讯作者，杨鑫副研究员，博士生危学高、杨静为本文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、特色蔬菜产业技术体系和中国农业科学院科技创新工程等项目资助。
全文链接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabe5903