在最近的農(nóng)民和缺陷之間的戰(zhàn)斗在無休止的戰(zhàn)爭中,蟲子咬回來的適應(yīng)轉(zhuǎn)基因作物殺死他們。一項新的研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院學(xué)報》上標(biāo)識一個遺傳突變居多,對工程產(chǎn)生了耐藥性棉花棉鈴蟲幼蟲的、世界上最破壞性的農(nóng)作物害蟲之一?；蚪M學(xué)和基因的研究的前沿使用編輯預(yù)示著一個新時代的到來,全球努力促進可持續(xù)的蟲害控制。

轉(zhuǎn)基因棉花、玉米和大豆生產(chǎn)蛋白質(zhì)從廣泛的土壤細菌蘇云金桿菌殺滅蟲害,對人類和野生動物或Bt。無毒包括蜜蜂,這些環(huán)保Bt蛋白質(zhì)用于噴灑有機種植者超過50年,全球數(shù)以百萬計的農(nóng)民在轉(zhuǎn)基因Bt作物種植在一個自1996年以來累計總數(shù)超過二十億英畝。

在亞利桑那大學(xué)的昆蟲學(xué)家,田納西大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中國合作由三部分組成的研究。他們的目標(biāo)是確定突變賦予Bt抗性棉鈴蟲,精確編輯一個棉鈴蟲基因來證明這種突變導(dǎo)致阻力,發(fā)現(xiàn)電阻是如何蔓延在中國棉花田。

說:“這是一個非凡的偵探小說Bruce Tabashnik UA昆蟲學(xué)部門的董事教授和這項研究的共同作者。“沒有遺傳技術(shù)的最新進展,它將不可能找到一個DNA堿基對之間的變化引起電阻數(shù)億堿基對棉鈴蟲的基因組。”

多年來,科學(xué)家們已經(jīng)知道,昆蟲可以進化出抗藥性Bt蛋白質(zhì),正如他們傳統(tǒng)的殺蟲劑。然而,Bt阻力是遺傳的隱性在幾乎所有先前研究情況。這意味著昆蟲必須有兩個副本的抗性基因一從每個父母使他們對Bt作物飼料和生存。

對抗阻力,農(nóng)民non-Bt作物的植物避難所,敏感昆蟲可以茁壯成長。這個想法是罕見的抗昆蟲將從避難所與更豐富的敏感昆蟲交配,產(chǎn)生后代,港口只有抗性基因的一個副本。等隱性遺傳抗性的后代不生存在Bt作物。

盡管避難所不停止進化的阻力,他們可以推遲substantially-particularly當(dāng)阻力是隱性的。但在中國,本文報告,主要對Bt棉鈴蟲耐藥性呈上升趨勢。只有一個副本的顯性突變使棉鈴蟲抗性。

因為阻力占主導(dǎo)地位的英國電信的遺傳基礎(chǔ)是未知的,研究人員需要檢查棉鈴蟲的整個基因組找到罪魁禍首。通過比較棉鈴蟲抗性和敏感的DNA,他們縮小了搜索從17000個基因的地區(qū)21個基因與電阻有關(guān)。

“但是只有17這些基因編碼的蛋白質(zhì)是由毛毛蟲,“Tabashnik說,解釋說只有棉鈴蟲幼蟲取食棉花和可以被Bt蛋白質(zhì)。

“在比較這些17基因的序列之間的緊張,只有一個一致的差異,“Tabashnik說。”有一個位置的所有抗性棉鈴蟲有一個DNA堿基對和所有的敏感棉鈴蟲有不同的DNA堿基對。”

這關(guān)鍵的一個新發(fā)現(xiàn)的基因的堿基對是名叫HaTSPAN1,編碼一個tetraspanin-a跨細胞膜的蛋白質(zhì)包含四個部分。盡管HaTSPAN1的正常功能,不知道其他許多tetraspanins在細胞間的溝通是很重要的。盡管近30000 Bt或tetraspanins先前的研究,這項新研究首次發(fā)現(xiàn)它們之間有著緊密聯(lián)系。

確定突變堿基對,第二個挑戰(zhàn)是確定如果這單突變引起的阻力。為了找到答案,研究小組使用了基因編輯工具CRISPR恰恰只有HaTSPAN1基因改變。在抗性棉鈴蟲基因中斷時,他們變得完全容易Bt。相反,當(dāng)易感棉鈴蟲的DNA的插入突變,他們成了resistant-proving這個單一堿基對僅能引起電阻變化。

最后一步是測試假設(shè)這種突變有助于抵抗Bt棉花。通過篩查突變的DNA保存數(shù)千棉鈴蟲蛾收集2006年至2016年,研究人員發(fā)現(xiàn)突變的頻率增加了100倍,從1000年的1 1 10。

抗性棉鈴蟲尚未大量足以顯著降低棉花生產(chǎn)在中國,但顯性基因是蔓延的速度比其他抗性基因。Tabashnik的分析預(yù)測,如果目前的趨勢繼續(xù)下去,中國北方一半的棉花棉鈴蟲抗性授予了在五年內(nèi)這種突變。

“如果事情繼續(xù)在同一軌跡上,這種突變會導(dǎo)致問題的農(nóng)民,“Tabashnik說。

足夠早,然而,對于中國農(nóng)民改變他們的策略和抵御Bt阻力。本文提到了他們可以切換從棉花生產(chǎn)只有一個Bt蛋白質(zhì)的類型棉花生長在美國和澳大利亞,產(chǎn)生兩個或三個不同的Bt蛋白質(zhì)。Tabashnik希望新的研究將刺激增強可持續(xù)發(fā)展對農(nóng)民。

“這給了他們做出建設(shè)性的信息,主動決定在為時已晚之前,“Tabashnik說。

通過從每年害蟲種群抽樣,農(nóng)民和研究人員可以學(xué)習(xí)挫敗哪種方法是最有效的抵抗。

理解棉鈴蟲抗性具有全球意義,因為它發(fā)生在超過150個國家,現(xiàn)在威脅入侵美國。

“這將是有趣的屏幕這種突變在棉鈴蟲來自澳大利亞,印度,和巴西,“Yidong Wu說,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)教授領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

當(dāng)然,基因組掃描的技術(shù)并不局限于一種作物的害蟲。

“數(shù)據(jù)表明,基因組掃描將有助于監(jiān)測耐藥性進化不僅為英國電信,但是對于殺蟲劑一般來說,”弗雷德·古爾德說,他并未參與此項研究,但北卡州立大學(xué)昆蟲學(xué)教授,美國國家科學(xué)院的成員。