基因组学时代害虫治理的研究进展及前景

摘 要：伴随基因组时代的到来和各种新生学科（如整合生物学）的应运而生，本文阐明了基因组学时代害虫治理的相关思路。

关键词：基因组学时代；害虫治理；发展前景

中图分类号：S43 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160230222

1 昆虫基因组研究

昆虫全基因组测序研究，大致可以分为2个阶段：开拓阶段，黑腹果蝇的全基因组测序，是一个里程碑，开创了包括昆虫在内所有动物基因组研究的新纪元；2002～2009年零星阶段，全基因组测序集中在完全变态昆虫的几个主要目。

2 昆虫与植物互作的分子机理

昆虫取食或产卵等行为产生的激发子及其相关分子模式是一类重要的信号分子，可诱导植物启动不同的级联反应信号途径。如诱导植物Ca2+流动，加快促分裂原激活蛋白激酶的活化，促进茉莉酸、水杨酸与乙烯等防御信号物质的合成与激活，诱导活性氧（ROS）产生，从而引发植物产生有毒次生物质，如芥子油苷，生物碱与酚类化合物等，促进植物挥发性物质产生，从而诱导直接防御，趋避效应以及利用天敌进行协同防御等。剖析植食性昆虫反防御的分子机理与调控网络，不仅有利于基础生物学研究，对基于基因组学的害虫治理也极其重要。

口腔分泌物作为植食性昆虫抵抗植物防御反应的首要屏障，也是释放效应蛋白的主要途径。效应蛋白分为主效应蛋白、次效应蛋白和网络效应蛋白。主效应蛋白可直接或间接改变寄主植物的细胞结构和防御信号。次效蛋白具有补偿效应，主要促进解毒代谢与营养吸收。网络效应蛋白则关注不同物种效应蛋白以及同一物种不同效应蛋白之间的互作关系。随着大数据分子时代的到来，给昆虫效应蛋白的鉴定研究提供了便利，但对于效应蛋白调控网络的功能验证仍需进一步加强。

蛋白酶抑制剂是重要的植物防御蛋白，可抑制植食性昆虫消化与营养摄取效率，从而导致其发育延迟、死亡率升高、繁殖力下降等。

3 昆虫免疫的分子机理

对入侵病原微生物的防御是所有生物最基础的生理反应。昆虫只具有天然免疫系统，其世代周期短，基因组相对较小使其免疫系统能够快速进化。昆虫免疫防御的机制包括由一系列复杂的分子和不同层次的细胞为基础建立的能够识别和对抗病原微生物的免疫系统。

4 昆虫抗药性的分子机理

以抗性机理为根据能够将昆虫抗药性划分为3种，即代谢抗性、生理抗性和行为抗性。以抗性的分子机理为根据能够将昆虫抗药性划分为靶标抗性以及代谢抗性。

5 基于基因组学的害虫治理

5.1 景观遗传学与害虫治理

昆虫在农田生态系统的迁移和扩散受到各种不同景观要素的显著影响，景观要素可以通过干扰害虫迁移、死亡率和生殖率直接影响害虫种群密度，也可以通过对天敌影响间接地影响种群的动态。景观遗传学是一门探究景观异质性与种群遗传结构之间相互关系的新兴学科。

5.2 RNA干扰技术与害虫治理

RNA干扰指的是双链 RNA介导的基因沉默。RNA是基因功能研究上的重大技术突破，特别是对于非模式生物以及缺少参考基因组的物种基因功能的研究。RNAi技术是指利用体外合成的短双链RNA抑制细胞内特定基因表达的技术，是转录后基因沉默的一种研究基因功能的有力工具。RNAi技术在鳞翅目昆虫中应用有以下几个特点：表皮组织对RNAi有阻隔作用；对先天免疫途径的干扰作用优于对其他途径的干扰效果；通过注射dsRNA（1种RNA沉默机制）能够在天蚕蛾科中起到很好的效果。目前，昆虫摄取 dsRNA 的方式包括显微注射、浸泡、喂食、转基因昆虫等几种方式。关于 RNAi 技术在害虫治理的研究与应用，不仅要考虑其防控效能，而且要考虑其生态风险评估。

5.3 昆虫转基因技术

该技术将遗传物质从其他物种转移到某种昆虫中来，在害虫防控、益虫利用和昆虫生物反应器开发等方面具有广泛的应用前景。

6 发展前景

我国昆虫基因组学的研究对于功能基因之间的调控网络仍不清晰。因此，未来的研究方向应该从基础和应用2个方面进行。在基础研究方面，需要进一步开展我国重要害虫和资源昆虫（包括天敌昆虫）的基因组测序和解析，为阐明害虫猖獗为害机理以及充分利用资源昆虫提供基础数据。

7 结 语

本文主要阐述了基因组学时代害虫治理的相关机理及发展前景，以供参考。

参考文献

[1] 吴昊，李飞，华红霞，王睿等.水稻害虫转录组数据库[J].中国科学：生命科学，2014（08）：832-836.