植物保护学院黄振研究团队破译紫外线诱变导致金龟子绿僵菌抗紫外线、耐高温和杀虫时间大幅缩短的新机制

　　2022年12月，我校植物保护学院昆虫学系黄振副教授在生物学期刊Microbiology Spectrum（IF=9.04，中科院1区Top期刊）发表了题为“Proteomic analysis of a hypervirulent mutant of the insect pathogenic fungus Metarhizium anisopliae  reveals changes in pathogenicity and terpenoid pathways”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1128/spectrum.00760-22），提供了绿僵菌萜类生物合成代谢途径中FPPS1/GGPPS5基因突变或敲除后，突变菌株的抗紫外线和耐高温性能增强、次级代谢产物毒素发生改变、菌株毒力提高、杀虫时间大幅缩短的证据。本研究是该研究团队继筛选出抗紫外线、耐高温菌株（Appl Microbiol Biotechnol, 2016, 100: 9217-9228）及解析诱变机制（Environ Microbiol，2022, 24, 1362-1379）之后的标志性研究成果。

　　绿僵菌是已经商业化的重要生防真菌之一，可用于抗药性水稻害虫的防治。与化学杀虫剂相比，绿僵菌在生产实践中表现为杀虫作用缓慢、对害虫的防治效果不稳定，在南方地区易受环境中强紫外线和高温等因素的影响，这种“卡脖子”问题在一定程度上限制了绿僵菌的大规模推广与应用。尽管在制剂剂型与添加抗紫外线物质等方面进行改良，但效果还是不尽如人意。因此，生产实践上需要具有抗紫外线、耐高温、可快速杀虫的杀虫真菌菌株。

　　黄振研究团队筛选出适合南方稻区强紫外线、耐37℃高温、可快速杀虫（LT50从5.5-6天缩短为2.4-3天）的高毒力绿僵菌诱变菌株（专利菌株），为利用杀虫真菌防治南方地区抗药性水稻害虫提供了物质基础。首次从绿僵菌的蛋白组学和萜类代谢等次级代谢途径，解析了紫外线诱变提高菌株抗逆性、大幅缩短杀虫时间和提高菌株毒力的诱变新机制：紫外线诱变导致绿僵菌萜类代谢途径中FPPS1和GGPPS5等基因突变，改变了绿僵菌萜类生物合成代谢途径中的类异戊二烯化合物等中间代谢产物的流向，影响了萜类生物合成途径及相关的其它代谢产物生物合成途径的正常代谢，从而引起诱变株中次级代谢产物绿僵菌素等杀虫毒素的含量提高10倍以上、毒力提高了10~100倍、孢子提前2-3小时萌发、菌丝生长加速及大幅缩短杀虫时间。明确了萜类代谢途径中的FPPS1和GGPPS5基因可作为抗紫外线、耐高温的高效真菌杀虫剂的筛选靶标基因，为高效杀虫真菌的改良和筛选提供了技术支撑和新思路。本研究成果为解决真菌杀虫剂应用过程中的“卡脖子”问题和困境提供了新思路。

　　植物保护学院已毕业硕士研究生黄文友为该论文第一作者，已毕业硕士研究生余丹和生命科学院已毕业的本科生黄沛铨为论文的并列第一作者，黄振副教授为论文主要通讯作者，美国佛罗里达大学的Nemat O. Keyhani教授为论文共同通讯作者。植物保护学院已毕业硕士研究生李成周、佛罗里达大学的黄帅帅博士、广州市食品检验所的戚平研究员和黄松参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金面上项目(32172478)、广东省科技项目(2019B020218009, 2019B020217003, 和2016A050502049)等项目的资助。

文图/植物保护学院 周婷婷