CRISPR/Cas9基因编辑揭示SfABCC2是草地贪夜蛾对Cry1Fa和Cry1Ab产生抗性的关键受体

为阐明草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）对Bt蛋白Cry1Fa/Cry1Ab的抗性机制，南京农业大学与先正达合作团队通过CRISPR/Cas9技术敲除SfABCC2等4个候选受体基因，发现SfABCC2缺失可导致>3300倍（Cry1Fa）和>450倍（Cry1Ab）抗性，证实该基因是两种毒素的核心作用靶点，为抗性监测提供分子标记。

　　

在全球粮食安全面临威胁的背景下，一种名为草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）的"超级害虫"正以惊人的速度扩张领地。这种原产于美洲的昆虫已入侵142个国家，可啃食76科353种作物，尤其在发展中国家造成玉米减产30%-70%。尽管转Bt基因作物（表达苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白）曾是对抗这类害虫的利器，但近年来田间种群对Cry1Fa和Cry1Ab等Bt蛋白的抗性频发，仅在美国、巴西等地就有9种鳞翅目害虫产生实战抗性。更令人担忧的是，实验室已筛选出对新一代Vip3Aa毒素具抗性的草地贪夜蛾品系。这场"进化军备竞赛"中，揭示害虫抗性机制已成为当务之急。

南京农业大学与先正达生物技术（中国）有限公司的联合团队在《Pesticide Biochemistry and Physiology》发表的研究中，运用CRISPR/Cas9基因编辑技术对云南元江采集的敏感品系YJ-19进行改造，构建了SfABCC2、SfABCC3、SfCad1和SfAPN1四个候选受体的单/双敲除品系。通过生物测定分析这些品系对三种Bt毒素（Cry1Fa、Cry1Ab和Vip3Aa）的敏感性变化，结合功能验证阐明了关键抗性靶点。

关键技术方法
研究采用CRISPR/Cas9系统构建五种基因敲除品系：SfCad1-KO（钙粘蛋白敲除）、SfAPN1-KO（氨肽酶N敲除）、SfABCC2-KO（ABC转运蛋白C2亚族敲除）、SfABCC3-KO及SfC2/C3-KO（双敲除）。通过人工饲料喂养幼虫，采用表面覆盖法进行毒素生物测定，以LC₅₀（半数致死浓度）和抗性倍数评估表型变化。

研究结果

基因敲除对Bt毒素敏感性的影响
当研究人员用高达10,000 ng/cm²的Cry1Fa处理时，野生型YJ-19品系死亡率达100%，而SfABCC2-KO和SfC2/C3-KO品系仅2.1%-12.5%个体死亡。定量分析显示，这两个品系对Cry1Fa抗性超过3300倍，对Cry1Ab抗性超450倍。相比之下，SfABCC3、SfCad1或SfAPN1敲除品系对两种毒素均未表现抗性。所有敲除品系对Vip3Aa的敏感性与野生型无显著差异。

讨论与意义
该研究首次通过多基因系统敲除证实，在四种候选受体中仅SfABCC2是Cry1Fa/Cry1Ab毒力的决定性受体。这一发现与田间抗性监测数据高度吻合——此前在波多黎各、巴西等地发现的抗性种群均携带SfABCC2突变。研究还揭示ABCC3、Cad1和APN1在两种毒素作用通路中并非必需元件，这对传统"多受体协同作用"理论提出挑战。

从应用角度看，该成果为抗性监测提供了精准分子靶标。作者建议将SfABCC2突变筛查纳入抗性治理体系，这对延长Bt作物使用寿命至关重要。值得注意的是，所有敲除品系均保持对Vip3Aa的敏感性，提示该毒素可能通过独立通路发挥作用，这为设计多毒素叠加的"高剂量/庇护所"策略提供了理论依据。

这项研究不仅解决了Bt抗性机制的关键科学问题，更展示了CRISPR技术在害虫治理研究中的强大潜力。随着全球气候变化加剧害虫扩散，此类基础研究将为保障粮食安全筑起分子防线。