研究背景苏云金芽孢杆菌 (Bacillus thuringiensis,Bt) 是一种广泛应用的生物杀虫剂其产生的Cry毒素和Vip毒素对多种鳞翅目害虫具有高度特异性杀灭作用。自1996年以来表达Bt毒素的转基因作物在全球范围内广泛种植显著减少了对化学农药的依赖提升了棉花和玉米等作物的产量与经济效益。然而长期、大规模地使用Bt毒素也带来了害虫抗性进化的风险。巴基斯坦巴哈丁·扎卡里亚大学Sarfraz Ali Shad博士和沙特国王大学Naeem Abbas博士团队联合在Toxins期刊发表题为“Resistance of Lepidopteran Pests toBacillus thuringiensisToxins: Evidence of Field and Laboratory Evolved Resistance and Cross-Resistance, Mode of Resistance Inheritance, Fitness Costs, Mechanisms Involved and Management Options”的综述系统汇总了2000至2018年间发表的161项研究涵盖20个国家分析了鳞翅目害虫对Bt毒素的田间与实验室抗性、交叉抗性、抗性遗传方式、抗性机制、适合度代价及相应的管理策略。主要内容抗性现状与监测在田间抗性方面研究者通过比较田间种群与敏感种群的半数致死浓度计算出抗性比并将抗性水平分为无-极低、低-中等和高-极高三类。结果显示不同国家和地区的主要鳞翅目害虫表现出差异显著的反应。例如中国部分地区的小菜蛾对Cry1C毒素的抗性比高达740倍美国波多黎各的草地贪夜蛾对Cry1F的抗性甚至超过1000倍。然而中国红铃虫对Cry1Ac的抗性比仅为1至2倍巴西多个害虫种群对Vip3Aa20仍保持高度敏感。同一物种的不同种群、同一毒素在不同地区之间的抗性水平差异显著在实验室抗性方面通过对害虫种群进行持续筛选能够更快地获得高抗性个体有助于分析抗性机制和评估风险。研究发现马来西亚的小菜蛾在短短五至七代内即可对Btkurstaki和Cry1Ac等毒素产生极高抗性中国的棉铃虫在28代内对Cry1Ac的抗性比超过500巴西的草地贪夜蛾对Cry1A.105和Vip3Aa20的抗性比甚至超过3000。这些研究表明持续的选择压力会加速抗性等位基因在种群中的富集实验室条件下往往比田间更快产生更高水平的抗性。交叉抗性、遗传方式与适合度代价交叉抗性是指由于单一抗性机制导致害虫同时对多种Bt毒素产生抗性的现象。本综述总结了37例交叉抗性案例其中高至极高水平的交叉抗性在多个种群中被观察到。例如美国Cry2Ab抗性的红铃虫对Cry1Ac的交叉抗性比高达420Cry1Ab抗性的欧洲玉米螟对Cry1Ac的交叉抗性比达到14500。此外中低水平的交叉抗性更为常见而部分种群则完全没有交叉抗性如Cry1Ac抗性的红铃虫对Cry2Ab2、Cry1Ab抗性的甘蔗螟对Cry2Ab2均无交叉抗性。这一发现提示选择无交叉抗性的毒素组合是实施金字塔策略、延缓抗性发展的关键在抗性遗传方式与适合度代价方面绝大多数案例表现为常染色体、不完全隐性遗传。完全显性抗性仅在少数种群中被报道例如中国亚洲玉米螟对Cry1Ab和Cry1Ac的抗性。隐性遗传方式有利于通过庇护所策略延缓抗性发展因为杂合子在田间仍然可以被Bt毒素杀死从而减缓抗性等位基因的扩散。适合度代价方面部分抗性种群在无毒素环境中表现出较低的生存、繁殖或发育能力。然而也有部分种群如南非的Busseola fusca和巴西的部分草地贪夜蛾种群未表现出适合度代价这类种群需要更加警惕。抗性机制研究发现不同害虫种群表现出多样化的分子基础。常见的机制包括中肠受体结合位点的减少或改变、钙黏蛋白基因突变、ABC转运蛋白的变异以及氨肽酶N的异常表达等。例如美国和中国的棉铃虫、红铃虫等对Cry1Ac的抗性与钙黏蛋白突变密切相关巴西草地贪夜蛾对Cry1Fa的抗性则与ABCC2基因突变有关。这些机制的多样性表明不同害虫甚至同一物种的不同种群可能通过不同的途径进化出抗性这增加了抗性管理的复杂性和挑战。管理策略为了延缓抗性发展研究者们提出了多种策略主要包括高剂量/庇护所策略、毒素金字塔策略以及综合防治等。综述分析应优先选择无交叉抗性的毒素进行金字塔组合同时需要指出高剂量策略仅在抗性为隐性遗传时才有效若抗性为显性该策略反而会加速抗性发展。未来应不断加强田间抗性监测深入研究抗性分子机制并将轮作、性信息素干扰等非化学防治手段纳入综合管理体系同时扩展对鞘翅目等重要经济害虫的研究。文章链接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/7/315期刊Toxins期刊主页https://www.mdpi.com/journal/toxins主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流
鳞翅目害虫对Bt毒素的抗性演化与管理策略：综述 | MDPI Toxins
研究背景苏云金芽孢杆菌 (Bacillus thuringiensis,Bt) 是一种广泛应用的生物杀虫剂其产生的Cry毒素和Vip毒素对多种鳞翅目害虫具有高度特异性杀灭作用。自1996年以来表达Bt毒素的转基因作物在全球范围内广泛种植显著减少了对化学农药的依赖提升了棉花和玉米等作物的产量与经济效益。然而长期、大规模地使用Bt毒素也带来了害虫抗性进化的风险。巴基斯坦巴哈丁·扎卡里亚大学Sarfraz Ali Shad博士和沙特国王大学Naeem Abbas博士团队联合在Toxins期刊发表题为“Resistance of Lepidopteran Pests toBacillus thuringiensisToxins: Evidence of Field and Laboratory Evolved Resistance and Cross-Resistance, Mode of Resistance Inheritance, Fitness Costs, Mechanisms Involved and Management Options”的综述系统汇总了2000至2018年间发表的161项研究涵盖20个国家分析了鳞翅目害虫对Bt毒素的田间与实验室抗性、交叉抗性、抗性遗传方式、抗性机制、适合度代价及相应的管理策略。主要内容抗性现状与监测在田间抗性方面研究者通过比较田间种群与敏感种群的半数致死浓度计算出抗性比并将抗性水平分为无-极低、低-中等和高-极高三类。结果显示不同国家和地区的主要鳞翅目害虫表现出差异显著的反应。例如中国部分地区的小菜蛾对Cry1C毒素的抗性比高达740倍美国波多黎各的草地贪夜蛾对Cry1F的抗性甚至超过1000倍。然而中国红铃虫对Cry1Ac的抗性比仅为1至2倍巴西多个害虫种群对Vip3Aa20仍保持高度敏感。同一物种的不同种群、同一毒素在不同地区之间的抗性水平差异显著在实验室抗性方面通过对害虫种群进行持续筛选能够更快地获得高抗性个体有助于分析抗性机制和评估风险。研究发现马来西亚的小菜蛾在短短五至七代内即可对Btkurstaki和Cry1Ac等毒素产生极高抗性中国的棉铃虫在28代内对Cry1Ac的抗性比超过500巴西的草地贪夜蛾对Cry1A.105和Vip3Aa20的抗性比甚至超过3000。这些研究表明持续的选择压力会加速抗性等位基因在种群中的富集实验室条件下往往比田间更快产生更高水平的抗性。交叉抗性、遗传方式与适合度代价交叉抗性是指由于单一抗性机制导致害虫同时对多种Bt毒素产生抗性的现象。本综述总结了37例交叉抗性案例其中高至极高水平的交叉抗性在多个种群中被观察到。例如美国Cry2Ab抗性的红铃虫对Cry1Ac的交叉抗性比高达420Cry1Ab抗性的欧洲玉米螟对Cry1Ac的交叉抗性比达到14500。此外中低水平的交叉抗性更为常见而部分种群则完全没有交叉抗性如Cry1Ac抗性的红铃虫对Cry2Ab2、Cry1Ab抗性的甘蔗螟对Cry2Ab2均无交叉抗性。这一发现提示选择无交叉抗性的毒素组合是实施金字塔策略、延缓抗性发展的关键在抗性遗传方式与适合度代价方面绝大多数案例表现为常染色体、不完全隐性遗传。完全显性抗性仅在少数种群中被报道例如中国亚洲玉米螟对Cry1Ab和Cry1Ac的抗性。隐性遗传方式有利于通过庇护所策略延缓抗性发展因为杂合子在田间仍然可以被Bt毒素杀死从而减缓抗性等位基因的扩散。适合度代价方面部分抗性种群在无毒素环境中表现出较低的生存、繁殖或发育能力。然而也有部分种群如南非的Busseola fusca和巴西的部分草地贪夜蛾种群未表现出适合度代价这类种群需要更加警惕。抗性机制研究发现不同害虫种群表现出多样化的分子基础。常见的机制包括中肠受体结合位点的减少或改变、钙黏蛋白基因突变、ABC转运蛋白的变异以及氨肽酶N的异常表达等。例如美国和中国的棉铃虫、红铃虫等对Cry1Ac的抗性与钙黏蛋白突变密切相关巴西草地贪夜蛾对Cry1Fa的抗性则与ABCC2基因突变有关。这些机制的多样性表明不同害虫甚至同一物种的不同种群可能通过不同的途径进化出抗性这增加了抗性管理的复杂性和挑战。管理策略为了延缓抗性发展研究者们提出了多种策略主要包括高剂量/庇护所策略、毒素金字塔策略以及综合防治等。综述分析应优先选择无交叉抗性的毒素进行金字塔组合同时需要指出高剂量策略仅在抗性为隐性遗传时才有效若抗性为显性该策略反而会加速抗性发展。未来应不断加强田间抗性监测深入研究抗性分子机制并将轮作、性信息素干扰等非化学防治手段纳入综合管理体系同时扩展对鞘翅目等重要经济害虫的研究。文章链接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/7/315期刊Toxins期刊主页https://www.mdpi.com/journal/toxins主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流
