含Vip3Aa的复合性状转基因Bt玉米高抗草地贪夜蛾

　　国科农研院Crab

　　草地贪夜蛾自2018年12月由缅甸迁移到中国云南，2019年便迅速扩散到全国20多个省份并危害超过100多万公顷农作物。草地贪夜蛾在2020年已经被列为我国农作物头号一类害虫，对我国的粮食安全构成了极大的威胁。

　　草地贪夜蛾也称为秋粘虫，原产于美洲热带和亚热带地区，是一种具有远距离迁飞能力的农作物害虫。草地贪夜蛾食性杂、繁殖能力强并且具有较高的耐药性，入侵中国的草地贪夜蛾种群主要取食玉米，会危害玉米生育期的各个阶段，一般可以造成20%以上的产量损失，严重时有可能造成绝收。我国政府和科学家及时提出了“分区治理、联防联控、综合治理”策略才有效地减少了草地贪夜蛾造成的损失。

　　目前，种植转基因Bt抗虫玉米是防范草地贪夜蛾对玉米危害的最经济有效的策略。自1996年起，美国、加拿大、巴西和阿根廷等国家已经开始陆续种植转基因Bt抗虫玉米防治玉米螟和草地贪夜蛾等害虫。为了更加有效的防控草地贪夜蛾造成的危害，我国农业农村部已经给来自大北农、杭州瑞丰、先正达、中国农大、中国林木种子集团、隆平高科和中国农科院等多家单位的9个转基因Bt抗虫玉米颁发了生产应用的安全证书（见下表）。

　　种植转基因Bt玉米可有效的防治草地贪夜蛾等害虫，并为农民带来巨大的经济效益，制定适宜的害虫抗性治理策略，是确保转基因技术能长期持续有效应用的前提。长期精准的抗性监测计划是转基因抗性治理策略的重要组成部分。在转基因Bt玉米全面商业化种植前，应尽早研究清楚草地贪夜蛾自然种群的敏感基线和抗性基因频率等，明确其对不同转基因Bt玉米表达Bt蛋白的抗性问题，以便建立抗性监测计划。精准的抗性监测将为抗性演化预测、抗性治理措施有效性评价提供及时可靠的科学依据。为此，中国农科院吴孔明院士团队在2021年从我国河北、河南和云南省的七个地区收集了不同的草地贪夜蛾种群，并从大北农的转基因玉米DBN9936（Cry1Ab）、DBN9501（Vip3Aa）、DBN9936×DBN9501（Cry1Ab+Vip3Aa）和先正达的Bt11×MIR162（Cry1Ab+Vip3Aa）中提取相应的Bt蛋白稀释成不同浓度后与人工饲料混合，饲喂来自这七个地区的草地贪夜蛾种群，从而测算相应的敏感基线。敏感基线是指杀虫蛋白对害虫敏感品系毒力的测定，是比较抗性有无和后续测定抗性倍数的基础。试验结果表明，DBN9936表达的Cry1Ab、DBN9501表达的Vip3Aa、DBN9936×DBN9501表达的Cry1Ab+Vip3Aa和Bt11×MIR162表达的Cry1Ab+Vip3Aa对七个草地贪夜蛾种群的半致死浓度（LC50）分别为0.87~2.63、0.14~0.30、0.78~1.86和0.36~1.42 μg/g。草地贪夜蛾不同种群之间对这4个杀虫蛋白的敏感性差异较小，表达含有Vip3Aa的二价复合性状的转基因Bt玉米能更有效地防治草地贪夜蛾。而Cry1Ab蛋白对草地贪夜蛾杀虫效果较弱的原因可能是：1. 我国长期以来一直在使用含Bt毒素的杀虫剂，导致草地贪夜蛾对Cry蛋白抗性提高；2. 种植抗虫棉的区域和种植玉米的区域有重叠，草地贪夜蛾也能取食含Cry1Ac的棉花，间接提高了导致对Cry1Ab的抗性。

　　长时间大面积种植单一转基因品种，有可能使害虫产生对转基因作物的抗性，如果缺乏相应的抗性治理对策，靶标害虫和可能会在转基因Bt作物种植2～4年后对其产生抗性。高剂量/庇护所是目前全球范围内应用最广并且最有效的抗性治理策略。庇护所起作用的关键前提之一是转基因产品可以表达“高剂量”的Bt蛋白。陶氏公司开发的表达杀虫蛋白Cry1F的TC1507玉米，由于对草地贪夜蛾未达到高剂量杀虫活性，并且一些拉美国家并未严格设置庇护所，造成草地贪夜蛾对Cry1F蛋白逐渐产生抗性，最终直接导致了TC1507玉米在这些国家的退市停用。因此，在转基因Bt玉米商业化之前，必须建立Bt玉米防治草地贪夜蛾的高剂量评价体系，确保转基因Bt玉米可以表达高剂量的杀虫蛋白从而完全杀死种植区域的目标害虫。此外，庇护所比例的设置也十分依赖于转基因Bt玉米中杀虫蛋白的表达剂量。吴院士团队在上述文章中还检测了这四种转基因Bt玉米中杀虫蛋白的表达量，结果表明，先正达的Bt11×MIR162玉米表达的Cry1Ab和Vip3Aa杀虫蛋白量均为最高（见下表）。

　　转基因作为一种生物学技术，可以增强农作物抵抗害虫的能力，从而提高农民的收益并为我国粮食生产安全做出重要贡献。我国在推进转基因产业化的同时，应该借鉴国外种植转基因Bt玉米的经验，尽早依据我国的农作物种植现状制定完善的害虫抗性治理策略，从而确保转基因技术能在我国长期持续有效的应用。

　　注：封面图片来源网络