草地貪夜蛾是全球范圍內(nèi)玉米和大豆種植過程中最具破壞性的害蟲之一。使用化學(xué)殺蟲劑很難控制這種蟲害，轉(zhuǎn)基因技術(shù)雖然有防控效果，但是隨著抗性種群的出現(xiàn)，迫切需要新的殺蟲蛋白和新的轉(zhuǎn)基因作物品種來應(yīng)對害蟲的侵襲。從自然界中分離天然的殺蟲蛋白已經(jīng)越來越難，蛋白結(jié)構(gòu)域交換是另一種創(chuàng)制新型抗蟲蛋白的方法。最近，先正達(dá)公司開發(fā)出一種新型的Cry嵌合蛋白eCry1Gb.1Ig，對草地貪夜蛾等害蟲有非常好的防治效果，且對已商業(yè)化的主要殺蟲蛋白均沒有交互抗性。

研究人員主要通過多樣化的Cry蛋白加速Cry第三結(jié)構(gòu)域的進(jìn)化，來實現(xiàn)新抗蟲蛋白的創(chuàng)制工作。首先，研究者測試了Cry蛋白家族多個成員對草地貪夜蛾的抗性效果，發(fā)現(xiàn)Cry1Gb蛋白對草地貪夜蛾有比較微弱的毒性，該蛋白的第三結(jié)構(gòu)域序列與Cry1Ja最相近。通過交換第三結(jié)構(gòu)域序列，研究者創(chuàng)制了一批嵌合序列蛋白，包括Cry1Gb-1Ab、eCry1Gb.1Ig、Cry1Gb-9E、Cry1Gb-3A以及Cry1Gb-8D、Cry1Gb-9Ca，其中前4個蛋白能夠在Bt蛋白表達(dá)系統(tǒng)中成功表達(dá)出來，后2個蛋白無法表達(dá)。

經(jīng)過進(jìn)一步的生測試驗，研究者發(fā)現(xiàn)eCry1Gb.1Ig（使用Cry1Ig的第三結(jié)構(gòu)域）對草地貪夜蛾的殺蟲活性最好。另外，eCry1Gb.1Ig還可以對小蔗螟（Diatraea saccharalis）西南玉米螟（Diatraea grandiosella）、大豆夜蛾（Chrysodeixis includens）和藜豆夜蛾（Anticarsia gemmatalis）具有與原始蛋白Cry1Gb同樣好的活性。

更重要的是，eCry1Gb.1Ig通過一種新的殺蟲機制發(fā)揮作用，對Cry1Fa、Vip3Aa和Cry1A.105/Cry2Ab等蛋白產(chǎn)生抗藥性的昆蟲也有很好的防治效果。用該基因培育的轉(zhuǎn)基因玉米和大豆對草地貪夜蛾、大豆夜蛾和藜豆夜蛾有很好的防治效果，且植株沒有不良的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，說明殺蟲蛋白不影響植株的正常生長發(fā)育。

該蛋白的發(fā)現(xiàn)將為抗蟲作物培育提供新的選擇。

Toxins, 3 Dec 2022

eCry1Gb.1Ig, A Novel Chimeric Cry Protein with High Efficacy against Multiple Fall Armyworm (Spodoptera frugiperda) Strains Resistant to Different GM Traits

Author：Hyunsook Chae*, Zhimou Wen, Travis Hootman……Fabricio Francischini, Fangneng Huangand Matthew Bramlett*

*: Syngenta Crop Protection LLC, USA