南京农业大学教授团队发表《PNAS》，获高度评价！

近日，南京农业大学植物保护学院吴益东教授团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Functional redundancy in the toxic pathway of Bt protein Cry1Ab, but not Cry1Fa, against the Asian corn borer”的研究论文，揭示了玉米螟对Bt蛋白Cry1Ab抗性风险低而对Cry1Fa抗性风险高的分子遗传机理，为Bt玉米的可持续利用提供了关键科学依据。南京农业大学王兴亮教授为论文第一作者，吴益东教授与美国亚利桑那大学Bruce Tabashnik教授为共同通讯作者。

为了解析Bt毒素Cry1Ab和Cry1Fa与亚洲玉米螟体内三种不同受体（Cadherin、ABCC2、ABCC3）的互作模式，研究团队首先采用CRISPR基因编辑技术构建了6个不同组合的基因敲除品系，包括3个单基因敲除品系和3个双基因敲除品系。然后，通过遗传连锁、Sf9细胞毒力、非洲爪蟾卵母细胞离子通道等研究，揭示了两种Bt蛋白截然不同的杀虫机制：Cry1Ab具有ABCC2和Cadherin+ABCC3两条功能冗余的杀虫通路，而Cry1Fa仅依赖其中的ABCC2通路发挥杀虫作用。

田间抗性监测数据显示，表达Cry1Fa的Bt玉米在加拿大种植12年后，欧洲玉米螟就产生了抗性；而表达Cry1Ab的Bt玉米在种植21年后仍对欧洲玉米螟保持优异防效。室内抗性筛选研究表明，玉米螟对Cry1Fa的抗性演化速度明显快于对Cry1Ab的抗性。本研究揭示了这一现象的奥秘：Cry1Fa因依赖单一杀虫通路，抗性风险较高；而Cry1Ab则具有两条冗余的杀虫通路，需要两种不同的受体同时突变才能产生抗性，从而显著降低了抗性风险。

吴益东教授指出，“基因聚合”（Pyramid）是目前最常用的抗性治理对策之一，将两种或多种不同杀虫机制的Bt杀虫蛋白进行聚合使用，使得多个受体只有在同时突变的情况下才能导致抗性，从而延缓抗性演化的过程。对于亚洲玉米螟来说，Cry1Ab因其独特的受体功能冗余特性，相当于一种“天然基因聚合体”，提高了害虫产生抗性的难度。

2025年6月9日，PNAS刊发了德国马克斯·普朗克化学生态学研究所David Heckel教授的评论文章“Built-in redundant killing by Bt Cry1Ab toxin delays insect resistance”，对该项研究成果的价值和意义给予高度评价。Heckel教授表示，Wang等的研究堪称技术创新的典范之作（tour-de-force），实现了离体和活体技术手段的有机结合。Cry1Ab这种天然的“双保险”机制有效延缓了害虫抗性的产生，对北美乃至全球利用Bt玉米持续防治玉米螟等靶标害虫具有重要启示。

“在当前美国的政治环境下，国际科学合作正面临严峻挑战。这项由中国南京农业大学与美国亚利桑那大学合作完成的成果显得尤为珍贵。” 作为全球害虫抗药性领域的权威专家，Heckel教授在文中特别强调。他指出，害虫抗药性是全球性问题，需要汇聚全球智慧以共同应对这一重大挑战。

玉米是我国第一大作物。近年来，我国转基因Bt玉米产业化试点种植取得显著成效，2024年应用面积已突破1000万亩，预计在未来几年将持续快速增长。因此，如何应对玉米螟等害虫的适应性进化，成为我国玉米产业可持续发展中的一项新课题。该研究成果不仅为我国玉米螟Bt抗性监测预警体系的建立提供理论基础，还为制定庇护所、基因聚合等抗性治理策略提供科学依据。

该研究得到国家重点研发计划项目“重要病虫害抗药性机制与治理技术研发”（2022YFD1400900）和国家自然科学基金项目（32372587）的资助。成果发表后，先后被中国农业农村部官网、《中国科学报》以及美国科学促进会主办的EurekAlert!等媒体专题报道，彰显了该研究的重要科学价值和应用前景。

论文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2503674122

评论链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2507583122