4月17日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院教授吳益東團(tuán)隊(duì)在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了最新研究論文，揭示了玉米螟對(duì)Bt蛋白Cry1Ab抗性風(fēng)險(xiǎn)低而對(duì)Cry1Fa抗性風(fēng)險(xiǎn)高的分子遺傳機(jī)理，為Bt玉米的可持續(xù)利用提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

為了解析Bt毒素Cry1Ab和Cry1Fa與亞洲玉米螟體內(nèi)三種不同受體（Cadherin，ABCC2，ABCC3）的互作模式，研究團(tuán)隊(duì)首先采用CRISPR基因編輯技術(shù)構(gòu)建了六個(gè)不同組合的基因敲除品系，包括3個(gè)單基因KO品系和3個(gè)雙基因KO品系。然后揭示了兩種Bt蛋白截然不同的殺蟲機(jī)制：Cry1Ab具有ABCC2和Cadherin+ABCC3兩條功能冗余的殺蟲通路，而Cry1Fa僅依賴其中的ABCC2通路發(fā)揮殺蟲作用。

田間抗性監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，表達(dá)Cry1Fa的Bt玉米在加拿大種植12年后，歐洲玉米螟就產(chǎn)生了抗性；而表達(dá)Cry1Ab的Bt玉米在種植21年后仍對(duì)歐洲玉米螟保持優(yōu)異防效。室內(nèi)抗性篩選研究表明，玉米螟對(duì)Cry1Fa的抗性演化速度明顯快于對(duì)Cry1Ab的抗性。

研究揭示了這一現(xiàn)象的奧秘：Cry1Fa因依賴單一殺蟲通路，抗性風(fēng)險(xiǎn)較高；而Cry1Ab則具有兩條冗余的殺蟲通路，需要兩種不同的受體同時(shí)突變才能產(chǎn)生抗性，從而顯著降低了抗性風(fēng)險(xiǎn)。

吳益東指出，“基因聚合”（Pyramid）是目前最常用的抗性治理對(duì)策之一，將兩種或多種不同殺蟲機(jī)制的Bt殺蟲蛋白聚合使用，使得多個(gè)受體只有在同時(shí)突變的情況下才能導(dǎo)致抗性，從而延緩抗性演化的過程。對(duì)于亞洲玉米螟來說，Cry1Ab因其獨(dú)特的受體功能冗余特性，相當(dāng)于一種“天然基因聚合體”，提高了害蟲產(chǎn)生抗性的難度。

該研究成果不僅為我國玉米螟Bt抗性監(jiān)測預(yù)警體系的建立提供理論基礎(chǔ)，還為制定庇護(hù)所、基因聚合等抗性治理策略提供科學(xué)依據(jù)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授王興亮為論文第一作者，吳益東與美國亞利桑那大學(xué)教授Bruce Tabashnik為共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2503674122

【中國科學(xué)報(bào)】研究揭示Bt蛋白用“雙重防線”守護(hù)玉米生產(chǎn)

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