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(duì)在Bt殺蟲機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了Bt殺蟲蛋白對(duì)棉鈴蟲的一種新型“雙通道”殺蟲機(jī)制。
Bt毒素是一種對(duì)棉鈴蟲具有顯著活性的殺蟲蛋白，我國(guó)自1997年開始種植轉(zhuǎn)基因Bt抗蟲棉花，簡(jiǎn)稱Bt棉。近年來，田間棉鈴蟲對(duì)Bt殺蟲蛋白Cry1Ac抗性個(gè)體頻率逐漸增加。因此，明確Bt殺蟲機(jī)制和棉鈴蟲Bt抗性機(jī)理是開展Bt抗性預(yù)警、制訂抗性治理策略、開發(fā)克服抗性新技術(shù)的重要基礎(chǔ)。
棉鈴蟲幼蟲攝入Bt毒素后，Bt毒素在幼蟲中腸上皮細(xì)胞微絨毛上識(shí)別受體，并與一系列受體蛋白互作后在中腸細(xì)胞膜上形成通透性孔道，使中腸細(xì)胞破損、脫落，幼蟲停止取食并死亡。棉鈴蟲對(duì)付Bt蛋白的一種重要機(jī)制就是受體功能喪失，使Bt毒素穿孔效率下降或不能穿孔，導(dǎo)致Bt毒素喪失殺蟲活性。
吳益東教授團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCC2和ABCC3均為Bt受體，用CRISPR基因編輯技術(shù)分別敲除這兩個(gè)基因，不能獲得Bt抗性；而同時(shí)敲除這兩個(gè)基因后獲得了超過1.5萬倍的極高水平抗性。這意味著，同時(shí)敲除這兩個(gè)基因會(huì)使Bt毒素對(duì)棉鈴蟲的進(jìn)攻完全失效。
吳益東解釋，ABCC2和ABCC3是一對(duì)結(jié)構(gòu)高度相似、功能相互重疊的Bt受體，Bt毒素在尋找受體發(fā)起攻勢(shì)時(shí)，相當(dāng)于獲取了深入敵營(yíng)的“雙重通道”。因此，棉鈴蟲缺失ABCC2和ABCC3中的任何一個(gè)受體均不影響B(tài)t的殺蟲效果，從而限制了棉鈴蟲在ABCC2和ABCC3通路上的抗性進(jìn)化能力。
棉鈴蟲和Bt毒素的攻防之間，存在著相互適應(yīng)、協(xié)同進(jìn)化的復(fù)雜關(guān)系。在Bt毒素對(duì)棉鈴蟲“雙通道”殺蟲機(jī)制的壓制下，棉鈴蟲可以避其鋒芒，在Bt毒素進(jìn)攻薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)化出新的抗性機(jī)制。在吳益東教授團(tuán)隊(duì)的前期研究中，發(fā)現(xiàn)了棉鈴蟲為削弱Bt殺蟲能力進(jìn)化出的2種抗性機(jī)制：一種是棉鈴蟲Bt受體HaCad（一種鈣粘蛋白）通過基因缺失突變，另一種是四跨膜蛋白TSPAN1通過L31S點(diǎn)突變，在這兩種情況下，棉鈴蟲通過喪失HaCad的受體功能或增強(qiáng)腸道修復(fù)能力，使Bt抗性顯著增強(qiáng)。
團(tuán)隊(duì)的研究還發(fā)現(xiàn)，我國(guó)棉鈴蟲田間抗性個(gè)體攜帶的抗性基因在2010年前以HaCad突變?yōu)橹鳎?013年后以TSPAN1點(diǎn)突變?yōu)橹鳎形丛谔镩g檢測(cè)到ABCC2和ABCC3突變，其中原因，可能正是這次的研究所揭示的，是ABCC2和ABCC3這一對(duì)功能冗余的受體為Bt毒素的進(jìn)攻提供了相互并聯(lián)的“雙通道”，因此捆住了棉鈴蟲利用這一對(duì)受體發(fā)生變異而逃逸攻擊的“手腳”。
Bt毒素“雙通道”殺蟲機(jī)制的揭示不僅對(duì)Bt作用機(jī)理和害蟲抗性機(jī)制研究提供了一種全新視角，也為開發(fā)新的抗性治理策略提供了啟示，這意味著新一代Bt棉花可以通過聚合多個(gè)不同的Bt殺蟲基因，對(duì)棉鈴蟲形成“多通道”的殺蟲機(jī)制，從而有效延緩棉鈴蟲Bt抗性的進(jìn)化速度。
來源： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)