▲植物次生代谢与抗虫的研究思路和应用开发

棉铃虫似乎天生是棉花的克星，在众多昆虫中，它不怕棉花体内所带的毒素棉酚，因为它能自产“解药”。上海科学家深入研究了这一现象，利用基因技术，可以消除棉铃虫对棉酚的解毒作用，让棉花变成棉铃虫的“穿肠毒药”。经过多年研究，如今已获得稳定的转基因棉花材料, 目前正在与棉花所合作进行育种工作，该成果也获得了今年上海市自然科学一等奖。

虫害严重影响农业生产，每年造成的损失约占总产量的15%。次生代谢物又称天然产物，是一类小分子化合物，大多具有各种生理活性，在植物抗虫抗病反应中起重要作用。比如，棉花里的棉酚就是很多昆虫的毒药，这使得棉花免遭很多虫害的侵袭。可棉铃虫却不怕棉酚，这是为什么？

中国科学院上海植物生理生态研究所研究员、中国科学院院士陈晓亚告诉记者，为了探索其中的奥秘，从2000年起，在他的带领下，博士生毛颖波开始了艰苦的探索。

▲陈晓亚在人工气候室观察棉花

原来，棉铃虫体内有一些神奇的“解药基因”，能抵消棉酚的毒性，使别的虫儿望而生畏的棉叶棉桃，成为棉铃虫的美味佳肴。

这个“解药”是一种P450基因。科研人员找到这个棉铃虫P450基因（CYP6AE14）之后，就把一种可以抑制该基因的双链RNA转进植物中，当棉铃虫把含有这种双链RNA的植物叶子吃下肚后，双链RNA就会深入细胞，让P450基因生产不出“解药”。这釜底抽薪的一招，立刻将棉花变成了棉铃虫的“毒药”。

当时，RNA干扰技术刚刚兴起，大家都处于摸索阶段。“一开始，我们想把这种基因的双链RNA直接注射到棉铃虫体内，但怎么也成功不了。”陈晓亚说，想通过基因技术，直接敲除棉铃虫身上的P450基因，也做不成。课题进入了山重水复疑无路的困境。毛颖波也有点动摇：已经到了硕博连读四年级，眼看离完成博士论文的时间只剩下一年多，不论是放弃，还是坚持，都有些尴尬。怎么办？

有一天，毛颖波在小组讨论时，突然冒出一句：‘我们能不能让棉铃虫把双链RNA吃下去？’”在植物中表达昆虫基因的双链RNA？这能行吗？既然没别的路好走，就冒险一下吧！于是，课题组决定放手一搏，尝试在棉花中产生双链RNA。

峰回路转，成功了！转入该P450基因的棉花体内所产生的双链RNA，果然降解了棉铃虫体内的棉酚“解药”——喂了这种转基因叶子后，“解药工厂”果然“产量”大减，再喂棉铃虫棉花叶片，面对曾经的美味，棉铃虫显得难以下咽，最终营养不良、生长缓慢，甚至死亡。

▲“植物介导的RNA干扰抗虫技术”成果以封面论文形式发表在Nature Biotechnology杂志

2007年11月12日，国际著名学术期刊《自然·生物技术》刊登了这项成果。《自然》杂志在评论中对这一重要突破给予高度评价：作为“第一次成功报道利用植物自生表达昆虫基因的双链RNA来抑制植食性昆虫防御基因的论文”，“通过这一技术改良的植物比利用杀虫剂不分青红皂白地将所有昆虫杀死，更符合社会发展的需要。”

据统计，棉铃虫对我国棉花生产造成的经济损失每年高达数十亿元。在破解棉铃虫体内“解药基因”的同时，科学家还根据植物中棉酚的合成途径，培育出低酚转基因棉花。另外，在研究过程中，他们还发现，棉酚合成过程中分泌的一种酶，可以有效分解土壤中的一些污染物，又在植物物种对土壤污染物处理方面做出了贡献。这一系列研究成果的八篇代表作SCI他引965次，单篇最高他引401次，其中三篇归入高被引论文(Top 1%)。

文：许琦敏

编辑制作：朱颖婕

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