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对抗西方玉米根虫的生物防治
日期:2020-07-28 作者:未知 来源: Plant Biotechnology Journal 点击:
 西方玉米根虫(WCR)是世界上最具破坏力的玉米害虫之一。WCR 每年造成的直接经济损失超过 20 亿美元,并且已经侵袭了全球超过 5000 万公顷的玉米。WCR 之所以能成为如此成功的玉米害虫,原因之一是它具有利用玉米防御代谢产物的能力。控制这种害虫的一种潜在方法是用昆虫病原线虫(EPNs)处理,这些线虫携带对昆虫致病的细菌共生体。然而,WCR 幼虫可以积累玉米产生的苯并恶唑嗪酮类次生代谢物,并利用它们来提高对线虫及其共生体的抗性。增强的抗性与两种不同的机制有关:1.WCR 幼虫释放 6-甲氧基-2-苯并恶唑嗪酮 N-葡萄糖苷(MBOA-Glc),它能击退线虫。2.WCR 在线虫攻击时积累 2-羟基-4,7-二甲氧基
-1,4-苯并恶嗪-3-oneO-葡萄糖苷(HDMBOA-Glc)并释放分解产物 6-甲氧基-2-苯并恶唑啉酮(MBOA)。HDMBOA-Glc 和 MBOA 均会降低线虫及其 Photorhabdus细菌共生体的存活率。有研究表明,与 WCR 具有相同进化历史的线虫进化出了对苯并恶唑嗪酮类化合物的抗性。这引起了研究人员的思考,是否能通过产生苯并恶唑嗪酮类化合物抗性的细菌共生体提高 EPNs 对 WCR 的疗效。
    瑞士伯尔尼大学植物科学研究所的 Ricardo A.R.Machado 教授最近在Nature Biotechnology 上发表了题名为“Engineering bacterial symbionts of nematodes improves their biocontrol potential to counter the western corn rootworm”的研究论文。该研究利用定向进化的方法培育出了耐苯并恶唑嗪酮类化合物的 Photorhabdus 菌株,将该菌株重新导入到它们原来的 EPN 宿主中,并评估它们杀灭 WCR 幼虫的能力,以确定是否可以通过靶向工程改造共生细菌来提高生物防治剂的功效。
    首先,研究人员分离出 5 个 Photorhabdus 共生体,通过测量细菌在不同 MBOA 浓度下的生长来分析它们对 MBOA 的抵抗力,实验表明,Photorhabdus 菌株对MBOA 敏感,但敏感性因菌株而不同。接着,研究人员使用实验进化来改进 Photorhabdus 菌株,提高了菌株的 MBOA 抗性,并且这种抗性增加并不影响菌株的生长。通过全基因组测序,研究人员确定类水通道蛋白通道基因 aqpZ 的突变会增加 Photorhabdus 和大肠杆菌对 MBOA 的抗性。研究人员将 MBOA 抗性的 Photorhabdus 菌株重新引入到它们原来的 EPN 宿主中,并鉴定了一个线虫-共生体对,这个线虫-共生体对能够更有效地杀死分离苯并恶唑嗪酮类代谢物的 WCR 幼虫。因此,细菌共生体的改良可能为提高农业害虫的生物防治提供一种可推广的策略。
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