PNAS | 中国农科院蔬菜所张友军团队揭示生物适应性进化的“阿喀琉斯之踵”

古希腊《荷马史诗》神话中有一位英勇无比的大英雄——阿喀琉斯，却在一次战争中被毒箭射中了其要害脚后跟而身亡，这是流传整个欧洲的谚语“阿喀琉斯之踵”（Achilles' Heel）的由来。同样，在自然世界中“阿喀琉斯之踵”广泛存在，如生物进化进程中常伴随着适应性成本。尽管众多进化生物学家明确了“阿喀琉斯之踵”的现象，然其遗传基础及分子机制依然却知之甚少。

近日，中国农科院蔬菜所张友军团队在国际顶刊PNAS在线发表了题为GPCR-MAPK signaling pathways underpin fitness trade-offs in whitefly的研究论文。该研究揭示了由G蛋白偶联受体（GPCR）触发的MAPK信号级联在烟粉虱对新烟碱类药剂广谱抗性及其生殖适合度代价之间权衡的双重作用机制。

研究团队以全球重要农业昆虫烟粉虱为模式，系统揭示了昆虫抗药性演化及其适合度代价间进化权衡的分子机制，为生物进化权衡的深层次机制提供了新见解及最新例证。更为重要的是，该研究解决了困扰昆虫学家数十年关于“昆虫抗药性演化与其适合度代价权衡机制”的科学难题，开辟了昆虫抗药性研究的新领域，为世界灾难性害虫防治及全球杀虫剂抗性治理提供了新思路。

图1 GPCR-MAPK信号级联介导烟粉虱抗药性及生殖代价之间进化权衡模式图

团队负责人张友军研究员介绍说：“害虫抗药性的阿喀琉斯之踵（Achilles' Heel of Insecticide Resistance）为抗药性治理提供了重要依据，如在农业生产中应用不同作用机制杀虫剂轮用或混用的方式可对抗药性害虫进行有效治理，特别针对GPCR-MAPK信号路径为分子靶点开发特异性药物以治理抗药性问题具有重要启示”。

近年，张友军研究员团队在烟粉虱化学杀虫剂抗性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新烟碱类杀虫剂抗性（PNAS，2020）；并率先揭示了由m6A表观遗传修饰调控的烟粉虱新烟碱类杀虫剂抗性机制（Sci. Adv.，2021）；近期发现靶标受体nAChR β1亚基双位点突变引起的烟粉虱新烟碱类杀虫剂广谱抗性机制（PLoS Genet.，2024）；该研究工作开辟了昆虫抗药性研究的新领域，尤其在昆虫抗药性适合度权衡机制方面取得了里程碑式进展（PNAS, 2024）。

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、杨鑫研究员为论文通讯作者，博士后付步礼为论文第一作者，博士后梁金金、杜田华及博士生胡津瑜、谭奇美为本文共同第一作者。中国热带农业科学院、长江大学、湖南农业大学、湖南农科院等多家单位参与该论文研究。本研究得到了国家自然科学基金委优青项目、创新群体项目、面上项目、青年基金及中国农业科学院科技创新工程等项目资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2402407121