近日，基因組所農(nóng)業(yè)昆蟲基因組學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《美國國家科學(xué)院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）》（IF=11.1）上發(fā)表題為“Downregulation of a transcription factor associated with resistance to Bt toxin Vip3Aa in the invasive fall armyworm”的研究論文。該研究綜合運(yùn)用遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因編輯等研究方法定位了首個Bt-Vip3A抗性基因。該抗性基因?yàn)閙yb轉(zhuǎn)錄因子（命名為Sfmyb）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Sfmyb啟動子區(qū)域缺失導(dǎo)致其表達(dá)量顯著下調(diào)，介導(dǎo)草地貪夜蛾對新型殺蟲蛋白Vip3Aa的抗性。該研究在全球范圍內(nèi)首次鑒定到了Bt-Vip3A抗性基因位點(diǎn)，并且解析了候選基因的作用機(jī)制。

營養(yǎng)期殺蟲蛋白（vegetative insecticidal proteins，Vip3A）是蘇云金芽孢桿菌 (Bt) 在營養(yǎng)生長階段產(chǎn)生的一種新型殺蟲蛋白，對許多重要鱗翅目害蟲具有較強(qiáng)的殺蟲活性。是極其重要的生物育種工具基因。表達(dá)Vip3A的玉米和棉花的作物已在美國、巴西、阿根廷等地商業(yè)化種植，對糧食安全生產(chǎn)起到了重要的保障作用。但是Vip3A蛋白的作用機(jī)理和抗性機(jī)制的研究仍然非常匱乏，是抗蟲作物持續(xù)發(fā)揮功效的重大隱患。

團(tuán)隊(duì)以重大入侵農(nóng)業(yè)害蟲草地貪夜蛾為模型，通過35代的汰選，獲得了一個對Vip3Aa具有206倍的抗性品系DH-R。利用F2分離的表型開展了GWAS分析，通過正向遺傳學(xué)的手段成功定位到1個候選區(qū)間。隨后通過精細(xì)定位、抗感之間轉(zhuǎn)錄組分析等，鑒定到一個抗性相關(guān)基因Sfmyb。進(jìn)一步采用基于CRISPR/Cas9基因編輯和RNAi的反向遺傳策略，在草地貪夜蛾體內(nèi)敲除或者敲低該基因后，幼蟲對Vip3Aa的敏感性顯著降低，從而明確了Sfmyb是草地貪夜蛾對Vip3Aa產(chǎn)生抗藥性的關(guān)鍵基因。克隆啟動子區(qū)域，發(fā)現(xiàn)在抗性品系中Sfmyb啟動子具有多個點(diǎn)突變和2個indel，啟動子活性實(shí)驗(yàn)表明，抗性品系中Sfmyb啟動子活性顯著下調(diào)。最后，利用酵母單雜系統(tǒng)對Sfmyb調(diào)控的下游靶標(biāo)基因進(jìn)行了預(yù)測，對潛在的靶標(biāo)基因進(jìn)行了分析。

圖| 全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）定位到一個與Vip3Aa抗性顯著相關(guān)的位點(diǎn)

圖| SfMyb基因啟動子區(qū)域變異信息

研究首次定位了Vip3類蛋白產(chǎn)生抗性的關(guān)鍵基因，并揭示了其作用機(jī)制，該成果為保障未來Bt抗蟲作物的可持續(xù)種植提供了重要支撐。

基因組所副研究員靳明輝，博士生單銀雪和彭炎，植保所博士生王文匯為論文的共同第一作者，基因組所蕭玉濤研究員和中國農(nóng)科院吳孔明研究員為論文的共同通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)劉凱于教授，德國馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所David Heckel教授，美國亞利桑大學(xué)Bruce E. Tabashnik教授參與了本研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程和深圳市科技創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2306932120