本網(wǎng)訊 近日，植物保護(hù)學(xué)院生物防治創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗蟲(chóng)功能基因研究與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在該領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以題為“Resurrecting the past: Ancestral Bacillus thuringiensis pesticidal proteins reveal broad-spectrum insecticidal activity and protein engineering hotspots”發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science Bulletin》（影響因子IF=21.1），為破解高效廣譜殺蟲(chóng)蛋白資源短缺困境、推動(dòng)害蟲(chóng)綠色防控技術(shù)升級(jí)提供了全新研究視角。
蘇云金芽胞桿菌（Bt）殺蟲(chóng)蛋白憑借特異靶向殺蟲(chóng)特性，是農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)綠色防控的關(guān)鍵技術(shù)支撐。但長(zhǎng)期單一使用易使靶標(biāo)害蟲(chóng)產(chǎn)生抗性，制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，挖掘與目前廣泛應(yīng)用的Cry1Ab、Cry1Ac蛋白無(wú)交互抗性的高效廣譜新型Bt殺蟲(chóng)蛋白成為迫切需求。此前數(shù)十年，無(wú)論是自然菌株篩選還是蛋白質(zhì)工程改造，均未獲得可媲美Cry1Ab、Cry1Ac蛋白的新型殺蟲(chóng)蛋白，成為行業(yè)研發(fā)瓶頸。我校植物保護(hù)學(xué)院生物防治創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)最新研究取得突破，依托與Cry1A蛋白無(wú)交互抗性的Cry2蛋白家族，采用祖先序列重建技術(shù)，追溯Bt殺蟲(chóng)蛋白活性演變歷程，發(fā)掘高效殺蟲(chóng)蛋白及關(guān)鍵功能位點(diǎn)，成功設(shè)計(jì)出高效廣譜新型殺蟲(chóng)蛋白，為該領(lǐng)域研究提供新范式（圖1）。
圖1 文章摘要圖
據(jù)悉，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次將祖先序列重建（Ancestral Sequence Reconstruction，ASR）技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于Bt殺蟲(chóng)蛋白研發(fā)領(lǐng)域（圖2）。研究團(tuán)隊(duì)以與Cry1A蛋白無(wú)交互抗性的Cry2蛋白家族為研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)追溯Cry2A家族的進(jìn)化歷程，成功重建7個(gè)祖先基因，并在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)可溶性表達(dá)。生物活性測(cè)定結(jié)果展現(xiàn)出顛覆性突破：“復(fù)活”的祖先蛋白（尤其Anc0）表現(xiàn)出優(yōu)異的廣譜殺蟲(chóng)活性，對(duì)所有測(cè)試的9種鱗翅目害蟲(chóng)（涵蓋夜蛾科、尺蠖蛾科、螟蛾科）及雙翅目的白紋伊蚊均具備殺蟲(chóng)活性；而現(xiàn)有現(xiàn)代Cry2A毒素（如Cry2Ae、Cry2Ah）僅對(duì)3~5種鱗翅目害蟲(chóng)有效，宿主范圍顯著狹窄。這一發(fā)現(xiàn)打破了“現(xiàn)代蛋白功能優(yōu)于祖先蛋白”的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示祖先蛋白是一座未被開(kāi)發(fā)的“廣譜殺蟲(chóng)蛋白資源庫(kù)”。更具科學(xué)價(jià)值的是，團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)Cry2A蛋白呈現(xiàn)“波動(dòng)進(jìn)化”模型：通過(guò)分析Cry2A毒素效力隨進(jìn)化時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其對(duì)夜蛾科、尺蠖蛾科等關(guān)鍵農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的毒性并非線(xiàn)性增強(qiáng)，而是呈現(xiàn)“高效-低效-再高效”的非線(xiàn)性波動(dòng)特征。進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析表明，這種波動(dòng)可能源于蛋白在演化過(guò)程中獲得針對(duì)同種害蟲(chóng)的不同作用靶點(diǎn)，這一核心結(jié)論為現(xiàn)代害蟲(chóng)抗性治理提供了顛覆性思路，即通過(guò)追溯祖先蛋白靶點(diǎn)多樣性，設(shè)計(jì)識(shí)別位點(diǎn)不同的新型殺蟲(chóng)蛋白，從新角度解決當(dāng)代Bt蛋白使用中出現(xiàn)的害蟲(chóng)抗性問(wèn)題。
圖2 （a）Cry2A祖先序列重建：Anc0-Anc6為重建祖先蛋白；（b）祖先與當(dāng)代蛋白殺蟲(chóng)譜；（c）Cry2A蛋白殺蟲(chóng)活性的演化趨勢(shì)：Cry2Ab與Cry2Ac對(duì)小菜蛾、Cry2Ah與Cry2Ae對(duì)夜蛾科及尺蛾科的殺蟲(chóng)活性均隨進(jìn)化時(shí)間呈現(xiàn)波動(dòng)進(jìn)化模式
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所李新海研究員在《科學(xué)通報(bào)》對(duì)此論文作題為“突破殺蟲(chóng)蛋白研發(fā)瓶頸: ASR技術(shù)賦能Bt殺蟲(chóng)蛋白功能演化分析與理性改造”的亮點(diǎn)評(píng)述，從核心創(chuàng)新、應(yīng)用突破和行業(yè)價(jià)值三個(gè)方面，高度評(píng)價(jià)了該成果對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)綠色防控的重要意義。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文第一單位，王奎講師為第一作者。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所束長(zhǎng)龍研究員為通訊作者。學(xué)校操海群教授、張杰研究員、廖敏教授、曹蓓蓓講師、張靜安碩士（已畢業(yè)）和胡孝龍碩士研究生，以及英國(guó)?？巳卮髮W(xué)Ben Raymond教授參與了該工作。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32102295）的資助。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.09.018
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文：王奎
一審：潘月敏
二審：劉加華
三審：林婷婷
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