Bt转基因欧美杨107号长期田间抗虫性动态监测与生长特性研究

为解决转基因林木长期田间抗虫性稳定性评估不足的问题，研究人员对10年生Bt转基因欧美杨107号（Populus × euramericana cv. "74/76"）开展多维度研究。通过NGS鉴定14个外源基因插入位点（7个经PCR验证），发现转基因株系对目标昆虫（如美国白蛾Hyphantria cunea）抑制率超65%，其中2016-2020年对H. cunea抑制率达90%以上，但外源基因插入对树高和胸径生长存在负面影响。该研究为转基因林木安全应用提供长期田间数据支撑。

　　

在华北平原的杨树人工林中，美国白蛾（Hyphantria cunea）和光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）等害虫的爆发已成为威胁生态安全和经济产出的重要因素。尽管Bt（Bacillus thuringiensis）转基因技术已在农作物中广泛应用，但作为多年生木本植物，杨树的长期抗虫稳定性始终缺乏系统评估。更关键的是，外源基因在复杂生态环境中的表达动态、对宿主生长的影响，以及可能引发的害虫抗性演化等问题，一直是制约转基因林木推广应用的瓶颈。

河北农业大学林学院/河北省林木种质资源与森林保护重点实验室的研究团队选择我国速生但抗虫性较弱的欧美杨107号作为受体，通过农杆菌介导法转入BtCry1Ac基因，在河北滦南县建立10年生转基因试验林。研究综合运用PCR、qRT-PCR和ELISA进行DNA-转录-蛋白三级检测，采用新一代测序（NGS）定位外源基因整合位点，并通过连续10年（2015-2024）的田间昆虫群落监测，系统评估了转基因杨树的生态表现。

关键技术方法包括：从52Gb NGS数据中鉴定T-DNA插入位点；设计特异性引物对14个插入位点进行PCR验证；通过qRT-PCR比较幼叶与成熟叶的Bt基因表达差异；采用ELISA定量检测Bt毒蛋白含量；每年6次定点调查23种鳞翅目昆虫种群动态；测量10年生树木的树高和胸径（DBH）生长参数。

外源基因的稳定存在与表达

PCR证实所有4个转基因株系（PB1-PB3、PB9）均携带546bp的Cry1Ac基因片段。qRT-PCR显示幼叶中Bt基因表达量显著高于成熟叶（PB2>PB3>PB9>PB1），但ELISA检测发现成熟叶的Bt毒蛋白含量（最高达PB3的82.3 ng·g^-1 FW）反而更高，揭示转录后调控在蛋白积累中的关键作用。

T-DNA整合特征

NGS在3个株系中共发现14个插入位点，分布于11条染色体上。PB1的Chr11位点（4,467,364 bp）通过双端验证，显示载体边界序列存在159bp（LB）和74bp（RB）缺失。值得注意的是，PB1的Chr14上两个反向插入位点（4,761,182 bp和4,774,671 bp）可能与基因沉默现象相关。

生长性状抑制

10年生转基因株系出现显著生长差异：PB3株系的树高（11.3 m）和DBH（12.8 cm）分别比对照降低14.4%和18.2%，而PB2保持正常生长。这种"生长-防御权衡"效应可能与外源基因插入干扰内源代谢通路有关。

持续抗虫表现

23种鳞翅目昆虫中，转基因林分对前4位优势种（H. cunea、C. anachoreta、P. saligna、L. susinella）的整体抑制率达65%-89%。其中对美国白蛾的抑制尤为突出，2016-2020年平均抑制率超90%。PCA分析显示，转基因株系的昆虫群落年际波动显著小于对照，证实其抗虫稳定性。

这项历时十年的研究首次证实：Bt转基因杨树在长期田间条件下能维持稳定的抗虫表型，但外源基因的随机插入可能导致生长抑制。特别值得注意的是，随着种植年限增加，昆虫群落出现从H. cunea向P. saligna和C. anachoreta的演替趋势，这为害虫抗性管理提供了预警信号。该成果不仅为转基因林木安全性评估建立新标准，也为制定抗虫杨树品种轮换策略提供理论依据，对保障我国人工林生态安全具有重要意义。论文发表在《Infection, Disease》期刊。