Bt转基因作物在过去数十年显著提升了害虫防控效率，但美洲棉铃虫等重要害虫已对Cry类蛋白产生广泛的田间抗性。在这一背景下，Vip3Aa作为与Cry作用机制不同的Bt毒素，被广泛应用于新一代多毒素（金字塔）转基因作物中，并成为当前维持防效的核心成分。然而，Vip3Aa抗性风险在美洲棉铃虫中已开始显现，其长期稳定性受到关注。因此，明确两个关键问题尤为重要：
（1）Vip3Aa抗性是否会影响对Cry蛋白的敏感性（交互抗性）？
（2）金字塔转基因作物中不同Bt毒素组合是否存在协同作用，从而延缓抗性进化？
近日，美国明尼苏达大学昆虫学系助理教授杨飞在《Crop Health》发表了题为″Evaluating cross-resistance and synergy between Vip3Aa and Cry proteins from Bt in six strains of Helicoverpa zea derived via F2 screens″的研究论文。
本研究基于美国田间种群，通过F2筛选并回交构建了5个对Vip3Aa具有高抗性的棉铃虫品系，系统评估其对5种不同Cry蛋白的交互抗性，并通过构建三重抗性品系分析多毒素间的协同效应。研究首次系统评估了Vip3Aa抗性对Cry蛋白的负交互抗性，揭示该效应在不同品系间具有高度不稳定性且显著依赖遗传背景；同时，在三重抗性背景下发现Cry蛋白与Vip3Aa之间存在显著协同作用，从而为Bt金字塔策略的长期有效性及抗性管理提供了新的实验依据。
研究设计：基于F2筛选构建抗性体系
本研究以美国多个田间种群为基础，通过F2筛选获得5个对Vip3Aa具有抗性的棉铃虫品系，并经多代回交与实验室选择，使其在相对统一的遗传背景下稳定表达抗性。随后，采用diet-overlay生物测定系统评估这些Vip3Aa抗性品系对5种Cry蛋白的交互抗性。
在此基础上，通过将Vip3Aa抗性品系与Cry抗性品系杂交和回交，并在两类Bt蛋白联合选择压力下连续筛选，构建了对Cry1Ac、Cry2Ab和Vip3Aa均具有高抗性的三重抗性品系。该设计主要用于模拟多毒素持续选择压力下，不同抗性叠加后可能形成的抗性背景，从而评估毒素互作及其在抗性管理中的潜在风险与作用。
核心发现一：Vip3Aa对Cry Bt蛋白不具有正向交互抗性
研究表明，Vip3Aa抗性总体上并未导致显著的Cry交互抗性（平均CRR约为1.2），但不同品系之间差异极大（0.06–65，跨度达1100倍）。不同品系中既可能表现为正交互抗性，也可能表现为负交互抗性。而正交互抗性可能是由于田间种群已经产生了广泛的Cry抗性。这表明，Vip3Aa与Cry蛋白之间并不存在稳定的正交互抗性模式，而潜在的负交互抗性能在一定程度上缓解棉铃虫对金字塔玉米品种抗性的进化。
核心发现二：发现关键协同作用机制
在三重抗性品系中，Vip3Aa与Cry蛋白之间表现出明显的协同效应：其中，Vip3Aa与Cry1Ac在不同剂量下均表现为显著协同作用，Vip3Aa与Cry2Ab在部分条件下也呈现协同效应，而三者组合时协同作用更为明显。具体表现为，多毒素联合处理的观测致死率显著高于基于独立作用假设的预测值。这一结果表明，即使在多重抗性背景下，Bt毒素组合仍可能保持一定防效，且协同作用有助于降低抗性个体的存活率，从而在一定程度上缓解抗性进化带来的风险。
对抗管理的启示
多毒素（金字塔）策略仍具有潜在优势：尽管抗性风险持续存在，但Vip3Aa与Cry蛋白之间缺乏交互抗性，且可能存在负交互抗性以及协同效应，这些因素可在一定程度上提高实际防效，并延缓抗性等位基因的积累；与此同时，美国当前基于sentinel plots开展的田间抗性监测多依赖于Cry与Vip3Aa组合的转基因玉米品种，若二者存在协同作用，则可能导致对Vip3Aa抗性频率的低估，从而影响风险评估的准确性；此外，本研究还表明抗性机制具有高度复杂性，不同抗性来源在交互抗性模式和毒素响应途径上存在显著差异，说明抗性进化往往呈现多路径特征。
来源: 作物健康Crop Health