4月17日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院吳益東教授團(tuán)隊在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了題為“Functional redundancy in the toxic pathway of Bt protein Cry1Ab, but not Cry1Fa, against the Asian corn borer”的研究論文，揭示了玉米螟對Bt蛋白Cry1Ab抗性風(fēng)險低而對Cry1Fa抗性風(fēng)險高的分子遺傳機(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)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王興亮教授為論文第一作者，吳益東教授與美國亞利桑那大學(xué)Bruce Tabashnik教授為共同通訊作者。

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)隊首先采用CRISPR基因編輯技術(shù)構(gòu)建了六個不同組合的基因敲除品系，包括3個單基因KO品系和3個雙基因KO品系。然后，通過遺傳連鎖、Sf9細(xì)胞毒力、非洲爪蟾卵母細(xì)胞離子通道等研究，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Cry1Fa的抗性演化速度明顯快于對Cry1Ab的抗性。本研究揭示了這一現(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突變才能產(chǎn)生抗性，從而顯著降低了抗性風(fēng)險。

吳益東教授指出，“基因聚合”（Pyramid）是目前最常用的抗性治理對策之一，將兩種或多種不同殺蟲機(jī)制的Bt殺蟲蛋白進(jìn)行聚合使用，使得多個受體只有在同時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。

玉米是我國第一大作物。近年來，我國轉(zhuǎn)基因Bt玉米產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)種植取得顯著成效，2024年應(yīng)用面積已突破1000萬畝，預(yù)計在未來幾年將持續(xù)快速增長。因此，如何應(yīng)對玉米螟等害蟲的適應(yīng)性進(jìn)化，成為我國玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的一項(xiàng)新課題。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)。

該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目“重要病蟲害抗藥性機(jī)制與治理技術(shù)研發(fā)”（2022YFD1400900）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32372587）的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2503674122