億萬年前的遠古蛋白竟成農(nóng)業(yè)害蟲綠色防控的“新法寶”！近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所抗蟲功能基因研究與利用創(chuàng)新團隊聯(lián)合國內(nèi)高校取得新突破，首次將祖先序列重建技術(shù)應(yīng)用于蘇云金芽胞桿菌（Bt）殺蟲蛋白研發(fā)，成功“復(fù)活”遠古殺蟲蛋白并設(shè)計出高效廣譜新型Bt殺蟲蛋白，突破行業(yè)研發(fā)瓶頸。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際知名期刊《科學(xué)通報（ScienceBulletin）》，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展注入綠色新動力。
Bt殺蟲蛋白憑借特異性強、對環(huán)境友好的獨特優(yōu)勢，成為農(nóng)業(yè)害蟲綠色防控的核心技術(shù)，在轉(zhuǎn)基因抗蟲作物和生物農(nóng)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但長期以來，單一使用主流的Cry1A類Bt殺蟲蛋白，已導(dǎo)致多種農(nóng)業(yè)害蟲產(chǎn)生抗性，挖掘與之無交互抗性的高效廣譜新型Bt殺蟲蛋白，成為全球農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的迫切需求，而此前數(shù)十年，無論是自然菌株篩選還是蛋白質(zhì)工程改造，均未能獲得可媲美Cry1A蛋白的新型產(chǎn)品，成為行業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。
面對這一難題，科研團隊另辟蹊徑，將研究目光投向了與Cry1A蛋白無交互抗性的Cry2蛋白家族，創(chuàng)新性運用祖先序列重建技術(shù)，對其進化歷程展開系統(tǒng)追溯。
團隊通過復(fù)雜的計算機算法逆向推演，成功重建并在大腸桿菌中表達出7個Cry2A家族的祖先基因。經(jīng)過嚴格的生物活性測定，研究結(jié)果帶來顛覆性發(fā)現(xiàn)：其中最古老的祖先蛋白Anc0展現(xiàn)出超廣譜的殺蟲活性，不僅能有效防控棉鈴蟲、草地貪夜蛾等9種鱗翅目農(nóng)業(yè)害蟲，還能對傳播登革熱的雙翅目白紋伊蚊發(fā)揮作用；而目前廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代2A類毒素，僅能防控3~5種鱗翅目害蟲，二者殺蟲范圍差距顯著。這一發(fā)現(xiàn)直接打破了“現(xiàn)代蛋白功能優(yōu)于祖先蛋白”的傳統(tǒng)認知，揭示出遠古祖先蛋白是一座尚未被充分開發(fā)的廣譜殺蟲蛋白資源庫。
更具科學(xué)價值的是，團隊在研究中首次揭示了Cry2A類蛋白的“波動進化”模型。研究發(fā)現(xiàn)，這類蛋白對農(nóng)業(yè)害蟲的毒性并非隨進化時間線性增強，而是呈現(xiàn)出“高效—低效—再高效”的非線性波動特征?？蒲腥藛T分析，這種波動可能源于蛋白在演化過程中獲得了針對同種害蟲的不同作用靶點，這一核心結(jié)論為害蟲抗性治理提供了顛覆性新思路。通過追溯祖先蛋白的靶點多樣性，設(shè)計識別位點不同的新型殺蟲蛋白，有望從根本上解決Bt蛋白使用中出現(xiàn)的害蟲抗性問題。
科研團隊還通過研究發(fā)掘出決定殺蟲蛋白活性的關(guān)鍵功能位點，設(shè)計出的高效廣譜新型Bt殺蟲蛋白，為后續(xù)新型生物農(nóng)藥研發(fā)和轉(zhuǎn)基因抗蟲作物培育奠定了堅實基礎(chǔ)。初步安全性評估顯示，此次發(fā)現(xiàn)的祖先蛋白Anc0對蜜蜂等非靶標生物風(fēng)險較低，且在堿性環(huán)境下溶解性更好，具備良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
該研究得到國家自然科學(xué)基金等項目的支持，其創(chuàng)新成果不僅為新型Bt殺蟲蛋白研發(fā)開辟了全新路徑，也為理解病原菌與宿主的長期進化博弈提供了新視角，對推動我國農(nóng)業(yè)害蟲綠色防控技術(shù)升級、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義。（宋雅娟）
