PNAS：中国学者直击转基因作物面临的困境

　　

生物通报道：南京农业大学吴益东教授课题组及其合作者的研究揭示了棉铃虫对转基因棉花抗性的遗传多样性，这一国际合作的成果发表在Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上。该研究强调了研究和控制昆虫对转基因作物抗性的重要性。

广谱杀虫剂喷雾会影响目标害虫意外的生物，为此科学家对棉花和玉米进行了基因工程改造使其能产生苏云金芽孢杆菌Bt的毒素，从而起到杀虫作用。Bt毒素能杀死特定害虫但对其他生物（包括人类）无害。这一环境友好型毒素被制成农药喷雾被使用了数十年，而且自1996年以来转基因Bt作物被大量种植。

随着时间流逝，科学家发现适应Bt转基因作物的昆虫数量越来越多，抗Bt毒素的基因突变变得越来越普遍。该研究首次在实验室与田间对昆虫的Bt作物抗性进行了比较研究，发现虽然实验室筛选品系的一些突变在野生种群中也存在，那些在田间和实验室品系中存在显著差异的突变实际上非常重要。

棉铃虫Helicoverpa armigera在化蛾前会吃掉大量的作物，是我国主要的棉花害虫。棉铃虫对Bt毒素产生抗性，降低了Bt毒素喷雾或Bt转基因作物的有效性。研究人员对这一抗性现象背后的遗传学机制进行了研究。希望能将实验室筛选品系中得到的知识应用于田间。

研究团队在田间棉铃虫种群中收集得到大量的遗传学数据，对野生型和实验室筛选品系棉铃虫群体中的抗性基因进行了直接比较。研究发现田间种群中检测到的突变中有一些和实验室筛选品系相同，而另一些突变却存在显著差异。这些突变大多位于同一个基因。

研究人员还在田间种群中发现了显性突变。而在实验室筛选品系中的相应抗性突变却是隐性的。显性突变只需要一份拷贝就足以使昆虫产生Bt毒素抗性。而隐性抗性需要来自双亲的两份拷贝才能使昆虫产生抗性。

这使的在亚利桑那州对棉红铃虫有效的refuge策略，在我国受到了阻碍。因为refuges策略对于隐形突变很有效，但却难以对显性突变奏效。Refuges由不含Bt毒素基因的植物组成，允许对杀虫剂敏感的昆虫存活。在Bt转基因作物附近种植Refuges是为了产生足够的对敏感性昆虫，削弱群体中抗性昆虫的比例，从而使两个抗性昆虫产生抗性后代的几率减少。

这一研究是我国政府资助的，由中美科学家共同完成。南京农业大学的吴益东教授设计并领导了该研究的进行。他强调昆虫对Bt作物产生抗性是目前我国农业面临的一个主要问题，对昆虫抗性的深入研究非常重要。他同时也指出，显性抗性基因的发现将激发科学家对refuge策略进行改进。

我国是世界上最大的棉花生产国，其次是印度和美国。2011年世界上Bt转基因棉花和玉米的种植面积已达到一亿六千万英亩。美国Bt转基因棉花的种植比率达到75%，而自2004年以来作为我国主要棉产基地的北方这一比例超过了90%。不过我国北方的农民们还没有意识到抗性现象，因为目前只有约2%的棉铃虫产生了抗性。

在该研究中与南京农业大学合作的亚利桑那大学农业与生命科学院昆虫系的Bruce Tabashnik教授认为该研究成果对于农民、管理机构和生物技术产业是一个预警。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

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