# 南京农业大学团队揭秘bt杀虫蛋白“双通道”机制：棉铃虫的抗性进化之路被彻底堵死？
2025年4月1日，国际知名学术期刊《公共科学图书馆—病理学》（plos pathogens）在线发表了一项来自南京农业大学植物保护学院吴益东教授团队的重磅研究成果。这项研究首次揭示了bt杀虫蛋白对棉铃虫的一种全新“双通道”杀虫机制，其颠覆性意义不亚于在农业科技领域投下了一颗“深水炸弹”。用当下的网络流行语来说，这波操作，属实是“杀疯了”。
## 背景：bt抗虫棉与棉铃虫的“军备竞赛”
首先，让我们简单科普一下“bt”这位“明星选手”。bt，全称苏云金芽孢杆菌（bacillus thuringiensis），是一种在自然界中广泛存在的细菌。它能够产生一种对特定害虫（如棉铃虫、玉米螟等）具有致命毒性的蛋白质，也就是我们常说的bt杀虫蛋白。这种蛋白对人类、家畜以及绝大多数有益昆虫无害，堪称绿色、环保、高效的“生物导弹”。
自1997年起，我国开始大规模推广种植转bt基因抗虫棉。这项技术极大地减少了化学农药的使用，堪称农业史上的“绿色革命”。然而，随着种植面积的扩大和时间的推移，一个棘手的问题逐渐浮出水面：棉铃虫，这个狡猾的“敌人”，开始对bt蛋白产生了抗性。近年来，田间地头的棉铃虫对bt杀虫蛋白cry1ac的抗性个体频率，如同坐了火箭一般急速攀升。如果放任不管，我们辛辛苦苦建立起来的“生物防线”可能面临全线崩溃的危机。
论文的通讯作者，南京农业大学的吴益东教授形象地打了个比方：“搞清楚bt杀虫的‘武功秘籍’和棉铃虫是如何‘见招拆招’的，就像是我们提前拿到了一本‘反间谍手册’。这不仅是预警bt抗性风险、制定应对策略的根基，更是我们开发下一代抗性治理技术的‘源代码’。”
## “双通道”机制的重大发现
吴教授进一步解释道，当一只贪吃的棉铃虫幼虫把bt毒素吞进肚子里后，一场微观世界里的“生化战争”便悄然打响。bt毒素就像一把把“微型钻头”，它们会精准地锁定棉铃虫中肠上皮细胞的微绒毛——也就是肠道细胞的“门面”。随后，这些“钻头”会与细胞表面的一群“门卫”蛋白（即受体蛋白）进行复杂的“勾搭”互动。一旦成功对接，它们就会在细胞膜上“钻孔”，形成一些通透性孔道。这波操作直接导致中肠细胞受损、脱落，幼虫当场“罢工”不吃东西，最终因为“肠道崩溃”而一命呜呼。
那么，棉铃虫又是如何“见招拆招”的呢？长期以来，科学家们认为，棉铃虫对抗bt蛋白的一个关键策略，就是让这些“门卫”受体蛋白功能失效，从而降低或者堵死bt毒素的“穿孔效率”，让原本致命的毒素变成一堆“无用废料”。
吴益东团队的这项最新研究，却给出了一个颠覆性的答案。他们发现，棉铃虫体内有两种名为abcc2和abcc3的abc转运蛋白，它们都是bt毒素的重要“门卫”受体。然而，当研究人员利用“基因剪刀”——crispr基因编辑技术，分别将这两个基因单独敲除掉时（即只去掉一个“门卫”），棉铃虫并没有因此获得明显的bt抗性。这就像你关上了一扇门，但窗户还开着，毒素依然可以长驱直入。
但神奇的一幕发生了！当研究人员同时将abcc2和abcc3这两个基因全部敲除，棉铃虫的抗性直接“爆表”——竟然产生了超过1.5万倍的超高抗性！吴益东教授在发布会上难掩激动：“这意味着，只有当这两个‘门卫’同时‘下岗’，bt毒素对棉铃虫的攻击才会彻底‘凉凉’。这就像同时堵住了所有的进出口，敌人彻底失去了入侵的通道。”
论文的第一作者，王敬博士进一步解释道：“abcc2和abcc3这两个蛋白，它们在结构上高度相似，就像是一对‘双胞胎兄弟’，在功能上也互为备份。bt毒素在发起攻击时，相当于同时拿到了通往敌营的两条‘双向通道’。所以，聪明的棉铃虫如果没有同时破坏这两个通道，根本影响不了bt的杀虫效果。这种设计，实际上是把棉铃虫企图通过变异abcc2或abcc3来发展抗性的‘小聪明’给限制得死死的。”
## “双通道”机制下的进化博弈
棉铃虫与bt毒素之间的关系，堪称自然界中“魔高一尺，道高一丈”的生动写照。在这场相互适应、共同进化的“军备竞赛”中，双方都展现出了惊人的智慧。
在bt毒素“双通道”机制的强大压制下，棉铃虫自然不会坐以待毙。它们就像狡猾的“战术家”，总能找到机会避开对手的锋芒，在bt毒素攻击的薄弱环节进化出新的“抗性招数”。吴益东团队在之前的调研中发现，棉铃虫为了削弱bt的杀虫能力，硬是“开发”出了两条不同的“抗性路线”：
1. **“硬核拆解”路线**：通过基因缺失突变，让bt毒素的另一个重要受体hacad直接“失灵”。这就像直接把敌人的“战争机器”拆掉一个关键零件。
2. **“超强修复”路线**：通过一个名为tspan1的四跨膜蛋白的l31s点突变，将肠道细胞的修复能力“拉满”。这就像给己方的“城墙”装上了“自修复系统”，即使被毒素攻击造成损伤也能迅速复原。
在这两种情况下，棉铃虫的bt抗性都猛增了不少。然而，一个值得深思的现象引起了研究团队的注意：在对我国棉铃虫田间抗性个体的长期监测中，他们发现，2010年之前，田间抗性主要靠hacad基因突变“打头阵”；到了2013年之后，tspan1点突变则开始“当老大”。但令人困惑的是，他们至今没有在田间检测到abcc2和abcc3这两个基因的突变。
为什么会出现这种情况呢？这项最新研究给出了一个令人信服的解释：正是因为abcc2和abcc3这对功能重叠的受体，为bt毒素的攻击提供了互相并联的“双通道”，从而从根本上限制了棉铃虫通过单独破坏其中一个通道来获得抗性的能力。简单来说，大自然在设计这套系统时，就已经留下了一个“保险”：想要同时破坏两个通道，难度何其之大，概率低到近乎为零。这或许就是为什么田间棉铃虫始终未能攻破abcc2/3这个“双保险”的原因。
## 意义与启示：开辟抗性治理的新纪元
这项研究的意义远远超出了实验室的范畴。它不仅仅是一次基础理论上的重大突破，更是在实践层面为我们指明了方向。
“bt毒素的‘双通道’杀虫机制的曝光，就像为我们打开了一扇全新的窗户。”吴益东教授在总结时说道，“它不仅为bt作用机理和害虫抗性机制的研究打开了全新视角，更为我们开发新的抗性治理策略提供了宝贵的启发。”
这背后蕴含着一个极具现实意义的思路：既然单一通道容易被突破，那么我们就用“多通道”来围堵。新一代的bt棉花，完全可以通过聚合多个不同的bt杀虫基因（例如，同时表达两种或三种不同作用机制的bt蛋白），对棉铃虫形成“多通道”甚至“全通道”的立体化攻击网络。这样一来，棉铃虫想要同时突破所有通道、对所有受体进行协同变异，几乎是不可能完成的任务。这就能有效拖延棉铃虫对bt抗性的进化速度，甚至可能让它们永远无法建立起有效的抗性防线。
“这波操作，属实是稳得很。”一位农业科技界的同行在看完论文后感叹道，“这不仅是对传统害虫防治策略的‘降维打击’，更是一次用生物科技智慧回应自然挑战的完美示范。”
## 结语：科技向善，守护粮仓
在人类与害虫的这场持久战中，我们始终在探索更加智慧、更加可持续的真人游戏第一品牌的解决方案。南京农业大学团队的这项发现，让我们看到了生物科技在保障粮食安全、推动绿色农业方面的巨大潜力。
它告诉我们，真正的科技力量，不在于彻底消灭对手，而在于理解并驾驭复杂的生态关系，利用自然规律来服务人类社会的可持续发展。当我们用现代生物技术这把“钥匙”成功解锁了自然界的神秘“代码”后，我们有理由相信，人类与自然的和谐共生之路，将越走越宽广。
（来源：中国科学报 李晨 许天颖）
**相关论文信息：** [https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008427](https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008427)
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