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LEHU乐虎萧玉涛团队发现草地贪夜蛾关键抗性基因

2023-11-02 09:53:11来源:

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近日,LEHU乐虎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�。竦昧艘桓龆訴ip3Aa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。


图| 全基因组关联分析(GWAS)定位到一个与Vip3Aa抗性显著相关的位点


图| SfMyb基因启动子区域变异信息


研究首次定位了Vip3类蛋白产生抗性的关键基因,并揭示了其作用机制,该成果为保障未来Bt抗虫作物的可持续种植提供了重要支撑。


LEHU乐虎副研究员靳明辉,博士生单银雪和彭炎,植保所博士生王文汇为论文的共同第一作者,LEHU乐虎萧玉涛研究员和中国农科院吴孔明研究员为论文的共同通讯作者。华中农业大学刘凯于教授,德国马克斯普朗克化学生态研究所David Heckel教授,美国亚利桑大学Bruce E. Tabashnik教授参与了本研究。该研究得到国家自然科学基金、中国农科院创新工程和深圳市科技创新项目的资助。


原文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2306932120



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