棉铃虫对Bt毒素Cry1Ac和Cry2Ab交互抗性的遗传多样性及机理
结题报告
批准号:
31530060
项目类别:
重点项目
资助金额:
274.0 万元
负责人:
吴益东
依托单位:
学科分类:
C1402.农业昆虫学
结题年份:
2020
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
武淑文、张浩男、王兴亮、金琳、高美静、刘来盘、管放
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中文摘要
在同一种作物中转入针对同一种害虫的两个或多个不同类型的Bt基因,对靶标害虫实现“饱和杀死”,从而可以延缓抗性发展,该抗性治理策略称为“基因聚合策略”。靶标害虫可以进化出交互抗性适应此策略,因此,弄清靶标害虫通过何种机制形成稳定遗传的交互抗性来适应多基因Bt作物是成功实施基因聚合策略的关键。为了探究这一重要科学问题,本项目将在建立室内筛选的以及田间分离的多个棉铃虫对Cry1Ac和Cry2Ab交互抗性品系的基础上,以抗性相关基因的高通量筛选为切入点,通过基因定位、转录组和蛋白组数据关联分析和毒素受体互作分析等技术手段揭示Bt毒素的毒理学机制和交互抗性机理,阐明棉铃虫对不同Bt毒素交互抗性的分子遗传机制。项目成果不仅可以提出Bt作用机制及交互抗性机理的新模式,同时还为Bt基因聚合抗虫作物选育中Bt基因的科学搭配及靶标害虫抗性治理新策略的研发提供重要理论依据。
英文摘要
Pyramided Bt crops produce two or more distinct Bt toxins that kill the same insect pest. The pyramiding strategy for Bt resistance management is expected to delay resistance evolution on the basis of “redundant killing”, which means the target insects will be killed twice. Target pests are possible to adapt to the pyramided Bt crops through evolution of cross-resistance to two or more Bt toxins, so it is very crucial to understand which mechanisms and pathways of cross-resistance the target pest will evolve to cope with multiple Bt toxins. To address this key scientific question, molecular mechanisms of cross-resistance to Bt Cry toxins Cry1Ac and Cry2Ab will be investigated in several laboratory-selected and field-derived resistant strains of Helicoverpa armigera. Multiple approaches, including positional cloning, association analysis of transcriptomic and proteomic data and interaction analysis between Bt toxins and midgut receptors, will be employed to elucidate genetic diversity and the underlying mechanisms of cross-resistance to Cry1Ac and Cry2Ab in H. armigera. Our results are not only expected to improve present models for mode of action of and resistance mechanisms to Bt Cry toxins, but also to provide the theoretical basis for both optimizing Bt gene pyramiding and developing new tactics for Bt resistance management in target insect pests in future.
在同一种作物中转入针对同一种害虫的两个或多个不同类型的Bt基因,对靶标害虫实现“饱和杀死”,从而可以延缓抗性发展,该抗性治理策略称为“基因聚合策略”。靶标害虫可以进化出交互抗性适应此策略。为了探究这一重要科学问题,本项目在建立室内筛选以及田间分离的多个棉铃虫对Cry1Ac和Cry2Ab交互抗性品系的基础上,通过基因定位、CRISPR/Cas9等技术手段揭示了Bt毒素作用机制和交互抗性机理。.通过田间分离与室内筛选相结合,共培育了3个对Cry1Ac和Cry2Ab具有不同程度交互抗性品系(AN-R, AY2-R及SCD-DR)。AY2-R品系的Bt抗性基因位于10号染色体10.80 Mb区域,AN-R和SCD-DR品系对Cry2Ab/Cry1Ac抗性主要与9号染色体7.81Mb区域连锁。该结果揭示了棉铃虫对Cry1Ac和Cry2Ab交互抗性的遗传多样性。.对AY2-R品系Chr10上的Bt抗性基因进行精细定位和图位克隆,发现HaTSPAN1基因点突变(T92C,导致L31S氨基酸突变)与AY2-R品系对Cry1Ac和Cry2Ab抗性紧密连锁。利用棉铃虫基因组编辑技术,证实了HaTSPAN1基因L31S点突变与AY2-R品系Cry1Ac抗性的因果关系。通过扩增子检测法对T92C突变检测结果表明,2016年黄河流域和长江流域棉区棉铃虫田间种群T92C突变的平均频率高达10%,较2006年的0.1%上升了100倍。模型模拟结果表明T92C突变频率变化的预测值与实际观测值相吻合,表明庇护所策略无法有效延缓显性抗性演化。.对AN-R和SCD-DR品系Chr09上的Cry2Ab/Cry1Ac抗性基因进行精细定位和图位克隆,发现编码胰凝乳蛋白酶类似物的基因HaOG200431上的两个点突变(E20G和d271I)与抗性连锁。通过CRISPR技术敲除该基因,抗性品系对2种Bt毒素的敏感性得到显著恢复,表明该基因突变与抗性相关。.上述3个抗性品系对Cry1Ac和Cry2Ab均为偏显性遗传。与敏感品系相比,抗性品系幼虫中肠蛋白酶、中肠BBMV与两种Bt毒素的互作未表现出显著差异。中肠组织病理研究表明,中肠细胞增殖是AY2-R品系L31S点突变导致Cry1Ac抗性的重要机理。
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Epistasis confers resistance to Bt toxin Cry1Ac in the cotton bollworm.
上位性赋予棉铃虫对 Bt 毒素 Cry1Ac 的抗性
DOI:10.1111/eva.12598
发表时间:2018-06
期刊:Evolutionary applications
影响因子:4.1
作者:Gao M;Wang X;Yang Y;Tabashnik BE;Wu Y
通讯作者:Wu Y
Functional redundancy of two ABC transporter proteins in mediating toxicity of Bacillus thuringiensis to cotton bollworm
两种ABC转运蛋白介导苏云金芽孢杆菌对棉铃虫毒性的功能冗余
DOI:10.1371/journal.ppat.1008427
发表时间:2020-03-01
期刊:PLOS PATHOGENS
影响因子:6.7
作者:Wang, Jing;Ma, Huanhuan;Wu, Yidong
通讯作者:Wu, Yidong
Knockout of three aminopeptidase N genes does not affect susceptibility of Helicoverpa armigera larvae to Bacillus thuringiensis Cry1A and Cry2A toxins
敲除三个氨肽酶 N 基因不影响棉铃虫幼虫对苏云金芽孢杆菌 Cry1A 和 Cry2A 毒素的敏感性
DOI:10.1111/1744-7917.12666
发表时间:2019-03
期刊:Insect Science
影响因子:4
作者:Wang Jing;Zuo Ya-Yun;Li Ling-Li;Wang Hui;Liu Shao-Yan;Yang Yi-Hua;Wu Yi-Dong
通讯作者:Wu Yi-Dong
Genomic innovations, transcriptional plasticity and gene loss underlying the evolution and divergence of two highly polyphagous and invasive Helicoverpa pest species.
两种高度多食性和入侵性 Helicoverpa 害虫物种进化和分化背后的基因组创新、转录可塑性和基因丢失
DOI:10.1186/s12915-017-0402-6
发表时间:2017-07-31
期刊:BMC biology
影响因子:5.4
作者:Pearce SL;Clarke DF;East PD;Elfekih S;Gordon KHJ;Jermiin LS;McGaughran A;Oakeshott JG;Papanicolaou A;Perera OP;Rane RV;Richards S;Tay WT;Walsh TK;Anderson A;Anderson CJ;Asgari S;Board PG;Bretschneider A;Campbell PM;Chertemps T;Christeller JT;Coppin CW;Downes SJ;Duan G;Farnsworth CA;Good RT;Han LB;Han YC;Hatje K;Horne I;Huang YP;Hughes DST;Jacquin-Joly E;James W;Jhangiani S;Kollmar M;Kuwar SS;Li S;Liu NY;Maibeche MT;Miller JR;Montagne N;Perry T;Qu J;Song SV;Sutton GG;Vogel H;Walenz BP;Xu W;Zhang HJ;Zou Z;Batterham P;Edwards OR;Feyereisen R;Gibbs RA;Heckel DG;McGrath A;Robin C;Scherer SE;Worley KC;Wu YD
通讯作者:Wu YD
CRISPR/Cas9 mediated genome editing of Helicoverpa armigera with mutations of an ABC transporter gene HaABCA2 confers resistance to Bacillus thuringiensis Cry2A toxins
CRISPR/Cas9 介导的棉铃虫基因组编辑,其 ABC 转运蛋白基因 HaABCA2 突变赋予其对苏云金芽孢杆菌 Cry2A 毒素的抗性
DOI:10.1016/j.ibmb.2017.07.002
发表时间:2017-08-01
期刊:INSECT BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY
影响因子:3.8
作者:Wang, Jing;Wang, Huidong;Wu, Yidong
通讯作者:Wu, Yidong
棉铃虫基于异位不互补效应对Cry1Ac产生抗性的新基因鉴定及机制解析
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    276万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
棉铃虫钙粘蛋白胞内和胞外结构域在Bt毒素Cry1Ac毒杀过程中的作用
  • 批准号:
    31272382
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
棉铃虫Cry1Ac抗性显性遗传品系的抗性机理及适合度
  • 批准号:
    31071983
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
Bt毒素Cry1Ac与棉铃虫中肠受体钙粘蛋白和氨肽酶的互作
  • 批准号:
    30870343
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
棉铃虫田间种群钙粘蛋白基因变异与对Bt毒素抗性的关系
  • 批准号:
    30571233
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
用RNA干涉技术研究棉铃虫细胞色素P450基因与抗药性的关系
  • 批准号:
    30471154
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
棉铃虫细胞色素P450同功酶的纯化及抗性基因检测
  • 批准号:
    39770507
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    11.0万元
  • 批准年份:
    1997
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
棉铃虫细胞色素P-450与抗药性关系的研究
  • 批准号:
    39400086
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    7.5万元
  • 批准年份:
    1994
  • 负责人:
    吴益东
  • 依托单位:
国内基金
海外基金