11月5日，南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院劉澤文教授團隊在國際期刊《Journal of Advanced Research》上發(fā)表了題為“Akt-FoxO signaling drives co-adaptation to insecticide and host plant stresses in an herbivorous insect“的研究論文，揭示了植食性昆蟲通過Akt-FoxO信號通路調(diào)節(jié)P450解毒酶系統(tǒng)，實現(xiàn)對殺蟲劑和植物次生物質(zhì)適應的共進化。
劉澤文教授團隊一直致力于研究褐飛虱Nilaparvata lugens對新煙堿類殺蟲劑抗性機制。研究團隊發(fā)現(xiàn)，P450解毒酶在褐飛虱對新煙堿類殺蟲劑的抗性中有重要作用。本次研究進一步揭示了一個新的分子機制：Akt-FoxO信號通路通過調(diào)控多個P450基因的表達，協(xié)助褐飛虱在面對水稻次生物質(zhì)和殺蟲劑雙重脅迫時實現(xiàn)共同適應。Akt通過磷酸化FoxO轉(zhuǎn)錄因子，抑制其對P450基因的轉(zhuǎn)錄激活作用，從而精細調(diào)控P450基因的表達水平。這一發(fā)現(xiàn)揭示了昆蟲如何通過基因調(diào)控網(wǎng)絡應對來自環(huán)境的不同脅迫。
圖1 Akt-FoxO信號通路調(diào)控8個P450基因的表達，影響褐飛虱對殺蟲劑和水稻次生物質(zhì)的敏感性
該研究發(fā)現(xiàn)，P450酶家族中的8個成員在褐飛虱對外源物質(zhì)代謝過程中發(fā)揮著重要作用，這些P450酶分別來自不同的家族，并且具有不同的底物選擇性，能夠分別代謝結構不同的植物次生物質(zhì)和化學殺蟲劑。這些P450基因也具有鮮明的共同特點，它們的基因表達均受轉(zhuǎn)錄因子FoxO的調(diào)控，而FoxO的轉(zhuǎn)錄活性受到上游激酶Akt磷酸化的調(diào)節(jié)。Akt通過磷酸化FoxO改變其在細胞中的核定位，從而進一步調(diào)控P450基因的表達。Akt-FoxO信號通路通過調(diào)節(jié)這一系列P450基因的表達，幫助褐飛虱在殺蟲劑和植物次生物質(zhì)的雙重脅迫下實現(xiàn)共同適應（圖1）。
圖2 Akt-FoxO-P450s三元系統(tǒng)在褐飛虱對殺蟲劑和植物此生物質(zhì)共適應中的模式圖
本研究成果為昆蟲對殺蟲劑抗性和植物次生物質(zhì)適應共進化的分子機制提供了新視角。通過揭示Akt-FoxO信號通路在調(diào)控P450基因表達中的作用（圖2），研究不僅闡明了昆蟲如何通過精細的基因調(diào)控機制適應環(huán)境中的雙重脅迫，也為未來害蟲的治理策略提供了理論依據(jù)。
植物保護學院劉澤文教授為論文的通訊作者。博士研究生張慧慧為論文第一作者，鐘山青年研究員高浩力，博士研究生林栩敏，中國水稻研究所楊保軍博士，博士研究生王璟珽、袁笑微，碩士研究生張真、何天順參與了該項研究。研究得到了國家自然基金、重點研發(fā)計劃等項目的資助。
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