西方玉米根蟲（WCR）是世界上最具破壞力的玉米害蟲之一。WCR每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)20億美元，并且已經(jīng)侵襲了全球超過(guò)5000萬(wàn)公頃的玉米。WCR之所以能成為如此成功的玉米害蟲，原因之一是它具有利用玉米防御代謝產(chǎn)物的能力。控制這種害蟲的一種潛在方法是用昆蟲病原線蟲（EPNs）處理，這些線蟲攜帶對(duì)昆蟲致病的細(xì)菌共生體。然而，WCR幼蟲可以積累玉米產(chǎn)生的苯并惡唑嗪酮類次生代謝物，并利用它們來(lái)提高對(duì)線蟲及其共生體的抗性。增強(qiáng)的抗性與兩種不同的機(jī)制有關(guān)：1.WCR幼蟲釋放6-甲氧基-2-苯并惡唑嗪酮N-葡萄糖苷（MBOA-Glc），它能擊退線蟲。2.WCR在線蟲攻擊時(shí)積累2-羥基-4，7-二甲氧基-1，4-苯并惡嗪-3-oneO-葡萄糖苷（HDMBOA-Glc）并釋放分解產(chǎn)物6-甲氧基-2-苯并惡唑啉酮（MBOA）。HDMBOA-Glc和MBOA均會(huì)降低線蟲及其Photorhabdus細(xì)菌共生體的存活率。有研究表明，與WCR具有相同進(jìn)化歷史的線蟲進(jìn)化出了對(duì)苯并惡唑嗪酮類化合物的抗性。這引起了研究人員的思考，是否能通過(guò)產(chǎn)生苯并惡唑嗪酮類化合物抗性的細(xì)菌共生體提高EPNs對(duì)WCR的療效。

瑞士伯爾尼大學(xué)植物科學(xué)研究所的Ricardo A.R.Machado教授最近在Nature Biotechnology上發(fā)表了題名為“Engineering bacterial symbionts of nematodes improves their biocontrol potential to counter the western corn rootworm”的研究論文。該研究利用定向進(jìn)化的方法培育出了耐苯并惡唑嗪酮類化合物的Photorhabdus菌株，將該菌株重新導(dǎo)入到它們?cè)瓉?lái)的EPN宿主中，并評(píng)估它們殺滅WCR幼蟲的能力，以確定是否可以通過(guò)靶向工程改造共生細(xì)菌來(lái)提高生物防治劑的功效。

首先，研究人員分離出5個(gè)Photorhabdus共生體，通過(guò)測(cè)量細(xì)菌在不同MBOA濃度下的生長(zhǎng)來(lái)分析它們對(duì)MBOA的抵抗力，實(shí)驗(yàn)表明，Photorhabdus菌株對(duì)MBOA敏感，但敏感性因菌株而不同。接著，研究人員使用實(shí)驗(yàn)進(jìn)化來(lái)改進(jìn)Photorhabdus菌株，提高了菌株的MBOA抗性，并且這種抗性增加并不影響菌株的生長(zhǎng)。通過(guò)全基因組測(cè)序，研究人員確定類水通道蛋白通道基因aqpZ的突變會(huì)增加Photorhabdus和大腸桿菌對(duì)MBOA的抗性。研究人員將MBOA抗性的Photorhabdus菌株重新引入到它們?cè)瓉?lái)的EPN宿主中，并鑒定了一個(gè)線蟲-共生體對(duì)，這個(gè)線蟲-共生體對(duì)能夠更有效地殺死分離苯并惡唑嗪酮類代謝物的WCR幼蟲。因此，細(xì)菌共生體的改良可能為提高農(nóng)業(yè)害蟲的生物防治提供一種可推廣的策略。