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:
31930093
项目类别:
重点项目
资助金额:
276.0 万元
负责人:
吴益东
依托单位:
学科分类:
作物、生物因子互作与生态调控
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴益东
中文摘要
Bt作物大规模种植取得了显著的经济效益和生态效益,但靶标害虫对Bt的抗性进化严重威胁Bt作物的可持续应用。在棉铃虫上已发现3种不同的Cry1Ac抗性基因:HaCad(钙粘蛋白)、HaABCC2(ABC转运蛋白)和HaTSPAN1(四跨膜蛋白)。棉铃虫LF256品系对Cry1Ac的抗性为隐性遗传且超过200倍,上述3种已知抗性基因均未产生突变且在遗传上与抗性不连锁。LF256品系的新型抗性基因与HaCad互作可以产生异位不互补效应。本项目拟通过全基因组关联分析(GWAS)对棉铃虫LF256品系Cry1Ac抗性新基因进行定位和克隆,用细胞表达和基因编辑分别对新基因进行离体和活体功能验证,并系统解析新基因和HaCad互作产生异位不互补效应的机制。该研究将发现一种新型的棉铃虫Cry1Ac抗性基因及其与HaCad互作产生抗性的机制,为开拓基因互作影响害虫Bt抗性进化这一新的研究领域提供重要理论基础。
英文摘要
Transgenic crops expressing insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis (Bt crops) have been massively planted, and marked economic and ecological benefits have been achieved. However, evolution of resistance to Bt proteins by target pest insects is threatening the sustainable use of this green technology for pest control. Complexity in mode of action of Bt proteins has shaped genetic diversity of Bt resistance in target pest insects. Three different genes of Cry1Ac resistance, including HaCad (cadherin), HaABCC2 (ABC transporter) and HaTSPAN1 (tetraspanin), have been discovered in the cotton bollworm, Helicoverpa armigera. The LF256 strain of H. armigera has high level resistance to Cry1Ac (>200-fold), which is recessively inherited and not related to the three known resistance genes. However, the second-site noncomplementation (SSNC) was observed when crossing LF256 and the HaCad-mutant strain of H. armigera. The proposing project will map and clone the new Cry1Ac resistance gene in LF256 by using the genome-wide association study (GWAS). Then, functional validation of the resistance gene will be carried out with in vitro Sf9 cell expression system and in vivo genome editing technique. Finally, physiological mechanisms of resistance conferred by epistasis between the new resistance gene and HaCad will be dissected. The new project is expected to discover a new gene for Cry1Ac resistance and resolve the mechanisms of epistasis between the two resistance genes. This will help to strengthen our understanding of molecular basis of diversified resistance mechanisms to Cry1Ac in H. armigera. It will also provide theoretical basis for investigating impacts of epistasis on resistance evolution in target pest insects of Bt crops.
种植Bt抗虫作物带来了显著的经济和生态效益,但靶标害虫对Bt的抗性进化严重威胁到Bt作物的可持续使用。现有研究表明,棉铃虫幼虫中肠中存在三种Cry1Ac受体:钙粘蛋白(HaCad)和两种ABC转运蛋白(HaABCC2,HaABCC3)。LF256品系对Cry1Ac的抗性呈隐性遗传,上述三种Cry1Ac受体基因均未发生突变;LF256品系中的新型抗性基因与HaCad发生互作,产生异位不互补效应。我们定位并克隆了该抗性新基因,并通过基因编辑和离体表达系统解析了LF256抗性基因与HaCad互作产生异位不互补效应的机制。主要研究进展如下:.1. 利用GWAS和BSA的遗传定位技术,构建多个定位群体,将棉铃虫LF256品系Cry1Ac抗性基因定位于6号染色体1.65-1.89Mbp区间的240kb片段。.2. 对SCD敏感品系和LF256抗性品系进行基因组测序,确定240kb定位区间内包含21个编码基因,排除与抗性相关的氨基酸突变后,发现7个基因的mRNA表达下调与抗性相关。.3. 采用CRISPR/Cas9基因编辑技术在SCD品系中分段敲除这7个基因,排除其中5个,最终确定EIF4E和ACVR2A基因的表达下调与LF256抗性相关。.4. 通过Sf9细胞表达和CRISPR/Cas9基因编辑技术,明确棉铃虫Cry1Ac具有两条独立且互补的杀虫通路:ABCC2构成一条杀虫通路,ABCC3和HaCad共同构成另一条杀虫通路。.5. 组织病理和毒素结合研究显示,LF256品系、SCD-r1品系及其杂交F1幼虫中肠BBMV与Cry1Ac的结合量显著低于SCD敏感品系。.6. 通过遗传互补和基因敲除研究,明确LF256品系与SCD-r1品系之间的异位互作机制为剂量效应,即EIF4E和ACVR2A基因表达下调导致与Cry1Ac互作的受体蛋白或其他关键蛋白发生改变,使毒素结合力下降,从而对Cry1Ac产生抗性。..本研究首次揭示了异位显性介导棉铃虫Cry1Ac抗性的分子和生理机制,为棉铃虫Cry1Ac抗性机制提供了新见解,并为探索基因互作影响害虫Bt抗性进化这一新研究方向提供了重要基础。同时,研究结果为棉铃虫Cry1Ac抗性的监测与预警提供了一个重要的候选靶标基因。
棉铃虫对Bt毒素Cry1Ac和Cry2Ab交互抗性的遗传多样性及机理
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批准号:31530060
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项目类别:重点项目
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资助金额:274.0万元
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批准年份:2015
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负责人:吴益东
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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
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批准号:31272382
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项目类别:面上项目
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资助金额:82.0万元
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批准年份:2012
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负责人:吴益东
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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
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批准号:31071983
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2010
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负责人:吴益东
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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
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批准号:30870343
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2008
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负责人:吴益东
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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
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批准号:30571233
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2005
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负责人:吴益东
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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
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批准号:30471154
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项目类别:面上项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2004
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负责人:吴益东
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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
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批准号:39770507
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项目类别:面上项目
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资助金额:11.0万元
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批准年份:1997
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负责人:吴益东
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依托单位:
棉铃虫细胞色素P-450与抗药性关系的研究
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批准号:39400086
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:7.5万元
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批准年份:1994
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负责人:吴益东
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依托单位:
国内基金
海外基金