田间棉铃虫幼虫取食棉铃。南京农业大学供图在与寄主植物协同进化的过程中，昆虫形成的化学防御体系为杀虫剂抗性进化提供了遗传基础。然而，两者关联的分子机制尚不清楚。30年来，南京农业大学教授吴益东团队潜心研究，终于破解了昆虫细胞色素P450单加氧酶（以下简称P450）在杀虫剂代谢抗性形成中的重要作用。
他们通过对两种全球性害虫——草地贪夜蛾和甜菜夜蛾的P450基因功能进行系统解析，揭示了昆虫P450基因介导寄主植物适应性和抗药性进化的内在机制。相关研究成果近日在线发表于美国《国家科学院院刊》。
一度准备放弃的研究领域
棉铃虫、甜菜夜蛾等鳞翅目昆虫是危害我国棉花、蔬菜等重要经济作物的主要害虫。由于杀虫剂的不合理使用，这些害虫对包括拟除虫菊酯在内的多种杀虫剂都产生了高水平抗性，从而造成了重大经济损失。是什么让害虫对杀虫剂产生了这么强的抗性？这是科学家一直关注的问题。
P450是存在于几乎所有生物体内的一种氧化酶，在昆虫体内参与内源性化合物，如激素/性信息素的合成/降解，以及外源有毒化合物，如杀虫剂/植物次生抗虫物质的解毒，介导昆虫的生长发育、寄主植物适应以及杀虫剂抗药性。吴益东团队在上世纪末就已经通过生化手段明确，P450等解毒代谢酶介导的解毒能力提升，是造成我国以及亚洲多国田间棉铃虫种群对多种杀虫剂产生高水平抗性的主要原因。
好在吴益东团队一直没有放弃。经过多名研究生十几年的接力，在参考资料有限的情况下，该团队于2014年自主搭建了包括基因克隆、真核细胞表达、蛋白纯化、代谢活性定性/定量检测在内的P450基因离体功能研究平台。经过多次技术迭代，他们建立了“P450工厂”，可以同时对多个P450基因的功能进行快速离体鉴定和比较，拉开了昆虫P450大规模基因功能研究的序幕。
从追赶到超越，吴益东团队在昆虫P450研究中逐步达到了同领域国际先进水平，甚至在某些研究方向上领先。2022年起，在国家重点研发计划的支持下，吴益东团队与国内许多害虫和植物病原菌抗药性的顶尖研究团队一起，将新的研究技术和思路应用于我国田间更多重要农作物害虫对新型药剂产生抗性的分子机制和进化机制研究中，以提升国内整体抗药性研究水平。
同时，他们将研究成果应用于抗药性快速诊断等关键技术的研发，为我国抗药性早期预警和治理水平的提高注入新力量。