《Pest Management Science》：Field performance of MON 94637 and laboratory evidence supporting a Bt pyramiding strategy against key lepidopteran pests in Brazil
编辑推荐：
研究人员通过实验室和田间试验评估了表达Cry1A.2和Cry1B.2蛋白的转基因（GM）大豆MON 94637，以及表达五种Bt蛋白（Cry1A.2、Cry1B.2、Cry1A.105、Cry2Ab?和Cry1Ac）的叠加品种（MON 94637×MON 87
研究人员通过实验室和田间试验评估了表达Cry1A.2和Cry1B.2蛋白的转基因（GM）大豆MON 94637，以及表达五种Bt蛋白（Cry1A.2、Cry1B.2、Cry1A.105、Cry2Ab?和Cry1Ac）的叠加品种（MON 94637×MON 87751×MON 87701×MON 94313×MON 89788，以下简称I5+）对巴西主要大豆鳞翅目害虫的防治效果。结果表明，上述两种Bt大豆品种均能导致银叶夜蛾（Chrysodeixis includens）、大豆尺蠖（Anticarsia gemmatalis）和南方灰翅夜蛾（Spodoptera eridania）幼虫100%死亡，涵盖多个植株生育期。此外，该Bt大豆对Cry1Ac抗性品系的Rachiplusia nu和Crocidosema sp.亦表现出高效杀灭作用。田间试验显示，MON 94637大豆（Cry1A.2和Cry1B.2）在巴西多个地点对鳞翅目害虫具有显著防治效果，表现为叶片损伤率和虫口密度的降低。叶片生物测定结果表明，表达Cry1A.2、Cry1B.2、Cry1A.105、Cry2Ab?和Cry1Ac五种Bt蛋白的转基因大豆将对巴西大豆主要鳞翅目害虫具有高效防治作用。这是全球首款五种Bt蛋白叠加的生物技术大豆，代表了热带农业领域的独特创新。
研究背景与问题提出
Brazil是全球最大的大豆生产国之一，2024/2025年度大豆产量达16834万吨，种植面积超过4760万公顷。目前约99%的巴西大豆面积为转基因品种，其中表达苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）杀虫蛋白的品种占有重要比例。自2013/2014年度首个Bt大豆品种商业化种植以来，Bt大豆采用率从4%迅速攀升至2024/2025年度的95%。Bt大豆的应用为农户带来了增产、减少靶标害虫危害、区域性抑制虫口密度以及降低化学杀虫剂使用量等多重效益。
然而，现有商业化Bt大豆品种仍面临诸多挑战。以表达Cry1Ac蛋白的MON 87701×MON 89788（以下简称IPRO）为例，虽然其对银叶夜蛾、大豆尺蠖、烟青虫（Chloridea virescens）和棉铃虫（Helicoverpa armigera）具有高效防治作用，但对Spodoptera属害虫如草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）、南方灰翅夜蛾和南美灰翅夜蛾（Spodoptera cosmioides）的防治效果较差。更为严峻的是，田间已发现Rachiplusia nu和Crocidosema sp.对Cry1Ac产生抗性演化。
Bt叠加策略（Bt pyramids）是指转基因植物表达两种或多种具有独立作用模式的Bt蛋白以靶向同一昆虫害虫，其核心目标是通过"冗余杀灭"（redundant killing）机制延缓害虫抗性演化。2021/2022年度，表达Cry1Ac、Cry1A.105和Cry2Ab?三种蛋白的MON 87751×MON 87708×MON 87701×MON 89788（以下简称I2X）在巴西商业化推广，虽对多种害虫表现良好，但对南方灰翅夜蛾的抑制效果有限，对草地贪夜蛾几乎无效。为此，研究人员开发了新的Bt大豆品种I5+，该品种整合了五个转基因事件，表达Cry1A.2、Cry1B.2、Cry1A.105、Cry2Ab?和Cry1Ac五种Cry蛋白，并获得巴西批准。其中Cry1A.2和Cry1B.2为新型嵌合蛋白，通过结构域优化设计以最小化受体重叠。
本研究发表于《Pest Management Science》，旨在系统评估I5+及其组分对巴西主要大豆鳞翅目害虫的防治效果，为抗性管理提供科学依据。
主要技术方法
研究采用温室育苗结合实验室生物测定与多地点田间试验相结合的方法体系。温室条件下培育各基因型大豆至特定生育期（V4、R1、R3、R5.1、R5.5），采集叶片进行离体生物测定；试验材料包括五个鳞翅目昆虫种群：实验室饲养的银叶夜蛾、大豆尺蠖、南方灰翅夜蛾，以及Cry1Ac抗性品系的Rachiplusia nu（田间采集抗性品系）和Crocidosema sp.（实验室选择抗性品系）。田间试验于2021/2022和2022/2023两个作物季节在巴西六个研究站点（Luís Eduardo Magalh?es/BA、Sorriso/MT、Cachoeira Dourada/MG、Santa Cruz das Palmeiras/SP、N?o-Me-Toque/RS、Rolandia/PR）实施完全随机区组设计，设置SIP3、I2X、IPRO、RR和非Bt对照等处理，采用拍打法系统调查各生育期的叶片损伤率和幼虫数量分布。
研究结果
MON 94637（Cry1A.2和Cry1B.2）大豆对初孵幼虫的叶片生物测定效果
研究人员通过叶片圆盘生物测定评估了各Bt大豆品系对五种鳞翅目害虫初孵幼虫的致死效果。结果显示，所有Bt大豆品系均导致银叶夜蛾和大豆尺蠖100%死亡，显著高于非Bt对照。对于Cry1Ac抗性Crocidosema sp.，I5+、I2X和SIP2处理组实现100%死亡，显著高于IPRO和非Bt对照；值得注意的是，SIP3处理组在V4期（约80%）和R5.5期（约92%）的死亡率低于R1、R3和R5.1期的100%。南方灰翅夜蛾在I5+和SIP3处理组中基本达到100%死亡，仅SIP3在R5.5期为89.84%；I2X和SIP2在R5.1和R5.5期也表现出高死亡率（>95%），但在V4期较低。Rachiplusia nu Cry1Ac-R品系在I5+、SIP3、I2X和SIP2处理组中均实现100%死亡，显著高于IPRO和非Bt对照。
MON 94637（Cry1A.2和Cry1B.2）大豆对三龄幼虫的叶片生物测定效果
研究人员进一步评估了各品系对三龄幼虫的毒力。所有Bt大豆品系均导致银叶夜蛾100%死亡。大豆尺蠖在I5+、I2X、SIP2和IPRO处理组中达到100%死亡，显著高于SIP3（约85%）和非Bt对照（约4%）。Cry1Ac抗性Crocidosema sp.在I5+、I2X和SIP2处理组中达到100%死亡。南方灰翅夜蛾在I5+和SIP3处理组中表现出高死亡率（>93.75%），显著高于其他处理。Rachiplusia nu Cry1Ac-R品系在I5+、SIP3、I2X和SIP2处理组中死亡率达85.42%以上。
MON 94637（Cry1A.2和Cry1B.2）大豆田间防治效果
田间试验中，SIP3、I2X和IPRO处理的各物种组幼虫数量总体上低于或非Bt对照和RR处理。在叶片损伤率方面，SIP3、I2X和IPRO处理较非Bt对照和RR处理显著降低了两个作物季节的叶片损伤。大豆生殖生长期15%的化学防治阈值来看，除Rolandia, PR站点IPRO处理在特定生育期超标外，其余Bt处理均低于该阈值。SIP3处理即使在高压条件下叶片损伤率也始终低于10%，表现出稳定的田间保护效果。
讨论与结论
研究人员深入探讨了Bt叠加策略的理论基础与应用前景。Bt叠加基因型延缓害虫抗性演化需满足三个关键条件：金字塔中每种毒素对靶标害虫敏感个体的杀灭率达95%以上；毒素间不存在交叉抗性；叠加品种不与表达金字塔中单一毒素的品种同时种植。本研究中I5+大豆满足了冗余杀灭的核心要求。
对于银叶夜蛾和大豆尺蠖这两种巴西大豆最主要害虫，I5+及各组分均表现出高效杀灭作用，验证了现有商业化蛋白对这些害虫仍具效力。针对已产生Cry1Ac抗性的Rachiplusia nu和Crocidosema sp.，表达Cry1A.2和Cry1B.2的SIP3即能实现高效控制，表明新型嵌合蛋白可有效应对抗性害虫。虽然Cry1A.2与Cry1Ac共享结构域2可能存在潜在交互影响，但目前主要害虫尚未报告Cry1Ac抗性，为I5+的应用提供了窗口期。
南方灰翅夜蛾在现有Cry1Ac大豆中危害日益严重。研究首次证实I5+大豆对初孵和三龄南方灰翅夜蛾均实现100%死亡率，是巴西首个对该害虫完全有效的Bt大豆品种。田间验证方面，虽然I5+未直接进行田间试验，但基于实验室结果及其与I2X的组分关系，其田间表现预计将优于现有品种。
研究结论表明，表达Cry1A.2、Cry1B.2、Cry1A.105、Cry2Ab?和Cry1Ac的I5+大豆叶片组织对银叶夜蛾、大豆尺蠖和南方灰翅夜蛾的初孵幼虫和三龄幼虫均表现出高效防治效果。尤为重要的是，Cry1Ac抗性Crocidosema sp.和Rachiplusia nu的存在并未影响五蛋白叠加大豆的有效性。该研究结果表明，I5+Bt大豆不仅能够较现有商业化品种提供针对Rachiplusia nu和南方灰翅夜蛾等靶标害虫的额外保护，还将为巴西主要大豆害虫的有效抗性管理做出重要贡献。
