桃蚜（Myzus?persicae）是世界十大害蟲之一，可為害超過40多個科的100多種植物，是典型的廣食性害蟲，也是重要的農(nóng)業(yè)害蟲。在長期的協(xié)同演化中，桃蚜形成了不同的寄主生物型以適應(yīng)不同的寄主植物。在煙草上培養(yǎng)的桃蚜能正常取食煙草植株，而其他寄主（如甘藍、白菜）來源的桃蚜取食煙草后則生長發(fā)育明顯減緩。但有關(guān)蚜蟲對不同寄主產(chǎn)生適應(yīng)性的奧秘一直不清楚。

2020年10月8日，中國科學院動物研究所、中國科學院生物互作卓越創(chuàng)新中心研究員戈峰和孫玉誠團隊在國際期刊Current?Biology上發(fā)表了題為：“An?Aphid-Secreted?Salivary?Protease?Activates?Plant?Defense?in?Phloem”研究論文，發(fā)現(xiàn)煙草韌皮部免疫系統(tǒng)能夠識別煙草非適應(yīng)型的桃蚜唾液分泌出的一類植物免疫激發(fā)子（elicitor）蛋白Cathepsin?B（CathB，組織蛋白酶），激活煙草韌皮部對蚜蟲的抗性，不利于桃蚜在煙草上持續(xù)取食與生長發(fā)育;而煙草適應(yīng)型的桃蚜由于長期在煙草上取食，它能夠通過降低其唾液蛋白CathB分泌量，以避免激發(fā)煙草韌皮部抗性，從而能夠適應(yīng)并順利取食煙草植株的韌皮部汁液。

該研究基于轉(zhuǎn)錄組和唾液蛋白質(zhì)譜聯(lián)合分析，篩選出了多個不同寄主生物型桃蚜唾液腺中差異表達的CathB基因，發(fā)現(xiàn)煙草非適應(yīng)型桃蚜相對于煙草適應(yīng)型桃蚜分泌更多CathB3蛋白。將桃蚜CathB3表達至植物中能夠抑制蚜蟲的韌皮部取食，不利于其生長發(fā)育;反之，如果干擾蚜蟲的CathB3表達，降低其在唾液中的分泌量，則有利于蚜蟲的韌皮部取食為害。生化實驗證明，桃蚜CathB3的propeptide?domain與煙草的EDR1-like（Raf-like，MAPKKK）蛋白互作，且EDR1-like蛋白在植物韌皮部表達。由此進一步揭示了蚜蟲唾液蛋白CathB3是通過穩(wěn)定EDR1激活維管束中活性氧通路，從而抑制蚜蟲韌皮部取食。而煙草適應(yīng)型桃蚜則通過降低其唾液腺CathB3的表達和分泌，避免植物韌皮部抗性的激活，使其取食與生長發(fā)育不受到影響。該研究闡明了煙草韌皮部免疫系統(tǒng)對桃蚜唾液蛋白CathB3的信號識別、轉(zhuǎn)導和激活的生化基礎(chǔ)，揭示了廣食性蚜蟲對不同寄主適應(yīng)性的分子機制，為開發(fā)作物內(nèi)源抗性調(diào)控蚜蟲的發(fā)生提供了新思路。

中科院動物所副研究員郭慧娟為該論文第一作者，孫玉誠和戈峰為共同通訊作者，英國John?Innes?Centre教授Saskia?Hogenhout、美國Texas?A&M大學教授Keyan?Zhu-Salzman以及中國農(nóng)大副教授趙紫華等也參與了研究。研究得到了國家重點研發(fā)計劃和中科院B類戰(zhàn)略性先導科技專項等項目的支持。