南京农大111计划发表PNAS文章

　　

生物通报道：来自南京农业大学植物保护学院，中国农业科学院等处的研究人员发表了题为“Diverse genetic basis of field-evolved resistance to Bt cotton in cotton bollworm in China”的文章，不仅揭示了棉铃虫田间种群对Bt棉花的抗性基因存在遗传多样性，还首次发现并证实非隐性抗性基因在Bt作物抗性演化中具有关键性作用。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是南京农业大学植物保护学院吴益东教授，博士研究生张浩男为该论文的第一作者。该研究得到了转基因生物新品种培育重大专项、国家自然科学基金项目和高等学校创新引智计划（“111”计划）的资助（这一计划旨在从世界排名前100位的大学及研究机构的优势学科队伍中，引进1000余名优秀人才，建设100个左右世界一流的学科创新引智基地）。

自1997年起，转Bt基因抗虫棉花（简称Bt棉花）在我国开始商业化种植，有效控制了重要靶标害虫—棉铃虫的为害，减少了对化学杀虫剂的依赖，并取得了显著的经济效益和生态效益。随着Bt棉花的多年大规模种植，其表达的Bt毒素（Cry1Ac）对棉铃虫造成了强大的选择压力，棉铃虫对Bt毒素的抗性演化将严重威胁Bt棉花的使用寿命。

在这篇文章中，研究人员揭示了棉铃虫田间种群对Bt棉花的抗性基因存在遗传多样性，既有基于钙粘蛋白基因缺失突变的隐性基因，也存在基于钙粘蛋白氨基酸点突变或其他抗性机制的非隐性基因，

除此之外，还首次发现并证实非隐性抗性基因在Bt作物抗性演化中具有关键性作用。这些研究结果对于合理设计靶标害虫对Bt作物抗性的治理策略和措施具有重要指导意义。

近20年来，国际上关于害虫Bt抗性的研究主要集中于实验室筛选品系的抗性机理，抗性演化的模型模拟，以及小规模田间试验等。这些研究结果可能与田间大规模种植条件下害虫对Bt作物抗性演化的规律大相径庭。这篇PNAS论文的发表标志着Bt抗性研究已由实验室品系抗性规律的研究转入田间种群抗性分子遗传机理的研究，并为该方向的研究提供了一套示范性的解决方案。

吴益东教授课题组围绕棉铃虫Bt抗性的分子机理、抗性基因频率检测、抗性监测与治理技术进行了十多年的系统研究。自2005年以来，已先后在Applied and Environmental Microbiology，Insect Biochemistry and Molecular Biology，PLoS One，Nature Biotechnology等重要国际学术期刊上发表10余篇论文，已被SCI论文引用200多次。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Diverse genetic basis of field-evolved resistance to Bt cotton in cotton bollworm in China

Evolution of pest resistance reduces the efficacy of insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis (Bt) used in sprays or in transgenic crops. Although several pests have evolved resistance to Bt crops in the field, information about the genetic basis of field-evolved resistance to Bt crops has been limited. In particular, laboratory-selected resistance to Bt toxin Cry1Ac based on recessive mutations in a gene encoding a toxin-binding cadherin protein has been identified in three major cotton pests, but previous work has not determined if such mutations are associated with field-selected resistance to Bt cotton. Here we show that the most common resistance alleles in field populations of cotton bollworm, Helicoverpa armigera, selected with Bt cotton in northern China, had recessive cadherin mutations, including the deletion mutation identified via laboratory selection. However, unlike all previously studied cadherin resistance alleles, one field-selected cadherin resistance allele conferred nonrecessive resistance. We also detected nonrecessive resistance that was not genetically linked with the cadherin locus. In field-selected populations, recessive cadherin alleles accounted for 75–84% of resistance alleles detected. However, most resistance alleles occurred in heterozygotes and 59–94% of resistant individuals carried at least one nonrecessive resistance allele. The results suggest that resistance management strategies must account for diverse resistance alleles in field-selected populations, including nonrecessive alleles.

作者简介：

吴益东，教授，博士生导师。1994年获得南京农业大学昆虫专业博士学位，2001年晋升教授。先后在英国Rothamsted研究所、法国CIRAD和澳大利亚墨尔本大学遗传系进行2年合作研究。长期从事农业害虫抗药性研究，主持和承担国家自然科学基金、863、转基因生物品种培育重大科研专项、行业科技专项等课题15项。曾获教育部科技进步奖二等奖1项（1999，第1完成人）、教育部自然科学奖二等奖1项（2006，第2完成人）、国家科学技术进步奖二等奖1项（2010，第3完成人）。先后获得教育部首届高校青年教师奖（1999）、江苏省第六届青年科技奖（2000）、江苏省"333高层次人才培养工程"首批中青年科技领军人才（2007）、“新世纪百千万人才工程”国家级人选（2009）。

研究方向
昆虫分子毒理，害虫抗药性，Bt作物抗性监测与治理