转基因大豆CAL-16表达Cry1Ab-Vip3A融合蛋白赋予对鳞翅目害虫的广谱抗性

《Plant Cell Reports》：Transgenic soybean expressing Cry1Ab-Vip3A fusion protein confers broad-spectrum resistance to lepidopteran pest

为应对鳞翅目害虫对现有Bt作物的抗性演化问题，浙江大学团队开发了表达Cry1Ab-Vip3A融合蛋白的转基因大豆CAL-16。研究证实该品系对棉铃虫、斜纹夜蛾等6种主要害虫具有100%致死效果，田间试验显示其种子对豆荚螟完全免疫，且农艺性状与受体品种无显著差异。这项发表于《Plant Cell Reports》的研究为害虫抗性治理提供了新策略，该品系已于2023年获中国安全证书。

　　

大豆作为全球重要的粮油作物，长期遭受鳞翅目害虫的严重危害。当前商业化种植的转Bt基因大豆主要表达Cry类蛋白，但面临着两大严峻挑战：一方面，害虫对Cry1Ac等蛋白已产生广泛抗性；另一方面，这类蛋白对地老虎属（Agrotis）和斜纹夜蛾属（Spodoptera）等重要害虫防控效果有限。更令人担忧的是，现有双价Bt大豆中使用的Cry1F与Cry1Ac存在共同作用靶标，难以真正实现抗性治理。在这样的背景下，来自浙江大学的研究团队创新性地将两种不同作用机制的杀虫蛋白——晶体蛋白Cry1Ab和营养期杀虫蛋白Vip3A进行融合表达，培育出具有突破性抗虫特性的转基因大豆CAL-16。

研究人员采用农杆菌介导的遗传转化技术，将经密码子优化的Cry1Ab-Vip3A融合基因导入大豆品种"天隆1号"。通过ELISA筛选获得71个独立转化株系，其中CAL-16事件表现出稳定的单拷贝插入和高效表达。关键技术包括：hiTAIL-PCR确定T-DNA插入位点、Southern blot验证拷贝数、多代次Western blot检测蛋白稳定性，以及针对6种鳞翅目害虫的离体叶片生测和豆荚螟田间自然诱抗试验。

分子特征分析显示，CAL-16在18号染色体13,539,527 bp处存在单拷贝插入，插入序列与载体设计完全一致。表达分析发现，融合蛋白在叶片中含量高达22.3-24 μg/g鲜重，且从V4到R8生育期表达稳定，Western blot在T₁₀-T₁₂代均能检测到162 kDa完整融合蛋白。抗虫效果令人振奋：离体叶片接种试验中，对棉铃虫（Helicoverpa armigera）、斜纹夜蛾（Spodoptera litura）、甜菜夜蛾（S. exigua）、小地老虎（Agrotis ipsilon）和草地贪夜蛾（S. frugiperda）的初孵幼虫3天致死率均达100%。更关键的是，在海南三亚开展的田间试验中，CAL-16对危害大豆种子的豆荚螟（Leguminivora glycinivorella）表现出完全抗性，而对照品种受害荚率高达92.89%。

农艺性状评估显示，CAL-16在发芽率、株高、单株荚数等关键指标上与受体品种"天隆1号"无显著差异（P>0.05），产量维持在1920 kg/ha的优良水平。这种优异的田间表现与其分子设计密切相关：通过8个氨基酸（GGAGGAGG）连接形成的融合蛋白，能在昆虫中肠被正确加工为具有活性的Cry1Ab和Vip3A核心片段，同时发挥两种蛋白的协同作用。

该研究的突破性意义在于：首次将Vip3A蛋白应用于转基因大豆，解决了现有Bt大豆对地老虎和斜纹夜蛾防控不足的痛点；融合蛋白策略确保了两种毒素的等摩尔表达，避免了传统基因叠加可能导致的表达失衡；分子特征和12代稳定性数据为商业化应用提供了充分依据。正如作者Zhenzhi Pan等强调的，由于Vip3A与现有商业化Bt蛋白作用机制不同，CAL-16既可单独使用防控广谱鳞翅目害虫，也可与现有Cry大豆进行性状叠加，构建更完善的抗性治理体系。该品系已于2023年获中国农业转基因生物安全证书，其商业化种植将为全球大豆害虫综合治理提供中国方案。