近日,基因组所农业昆虫基因组学创新团队在《美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)》(IF=11.1)上发表题为“Downregulation of a transcription factor associated with resistance to Bt toxin Vip3Aa in the invasive fall armyworm”的研究论文。该研究综合运用遗传学、分子生物学、基因编辑等研究方法定位了首个Bt-Vip3A抗性基因。该抗性基因为myb转录因子(命名为Sfmyb)。进一步研究发现,Sfmyb启动子区域缺失导致其表达量显著下调,介导草地贪夜蛾对新型杀虫蛋白Vip3Aa的抗性。该研究在全球范围内首次鉴定到了Bt-Vip3A抗性基因位点,并且解析了候选基因的作用机制。
营养期杀虫蛋白(vegetative insecticidal proteins,Vip3A)是苏云金芽孢杆菌 (Bt) 在营养生长阶段产生的一种新型杀虫蛋白,对许多重要鳞翅目害虫具有较强的杀虫活性。是极其重要的生物育种工具基因。表达Vip3A的玉米和棉花的作物已在美国、巴西、阿根廷等地商业化种植,对粮食安全生产起到了重要的保障作用。但是Vip3A蛋白的作用机理和抗性机制的研究仍然非常匮乏,是抗虫作物持续发挥功效的重大隐患。
团队以重大入侵农业害虫草地贪夜蛾为模型,通过35代的汰选,获得了一个对Vip3Aa具有206倍的抗性品系DH-R。利用F2分离的表型开展了GWAS分析,通过正向遗传学的手段成功定位到1个候选区间。随后通过精细定位、抗感之间转录组分析等,鉴定到一个抗性相关基因Sfmyb。进一步采用基于CRISPR/Cas9基因编辑和RNAi的反向遗传策略,在草地贪夜蛾体内敲除或者敲低该基因后,幼虫对Vip3Aa的敏感性显著降低,从而明确了Sfmyb是草地贪夜蛾对Vip3Aa产生抗药性的关键基因。克隆启动子区域,发现在抗性品系中Sfmyb启动子具有多个点突变和2个indel,启动子活性实验表明,抗性品系中Sfmyb启动子活性显著下调。最后,利用酵母单杂系统对Sfmyb调控的下游靶标基因进行了预测,对潜在的靶标基因进行了分析。