近日，我所抗虫功能基因研究与利用创新团队联合安徽农业大学在Bt杀虫蛋白研究领域取得突破性进展，相关研究成果以题为“Resurrecting the past: Ancestral Bacillus thuringiensis pesticidal proteins reveal broad-spectrum insecticidal activity and protein engineering hotspots”发表于国际知名学术期刊《Science Bulletin》（影响因子IF=21.1）。该研究采用祖先序列重建技术，追溯Bt杀虫蛋白活性演变历程，发掘高效杀虫蛋白及关键功能位点，成功设计出高效广谱新型杀虫蛋白，为该领域研究提供新范式（图1）。
苏云金芽胞杆菌（Bt）杀虫蛋白凭借特异靶向杀虫特性，是农业害虫绿色防控的关键技术支撑。但长期单一使用易使靶标害虫产生抗性，制约农业可持续发展，挖掘与目前广泛应用的Cry1Ab、Cry1Ac蛋白无交互抗性的高效广谱新型Bt杀虫蛋白成为迫切需求。此前数十年，无论是自然菌株筛选还是蛋白质工程改造，均未获得可媲美Cry1Ab、Cry1Ac蛋白的新型杀虫蛋白，成为行业研发瓶颈。
据悉，联合团队首次将祖先序列重建（Ancestral Sequence Reconstruction，ASR）技术系统应用于Bt杀虫蛋白研发领域（图2）。研究团队以与Cry1A蛋白无交互抗性的Cry2蛋白家族为研究对象，通过系统追溯Cry2A家族的进化历程，成功重建7个祖先基因，并在大肠杆菌中实现可溶性表达。生物活性测定结果展现出颠覆性突破：“复活”的祖先蛋白（尤其Anc0）表现出优异的广谱杀虫活性，对所有测试的9种鳞翅目害虫（涵盖夜蛾科、尺蠖蛾科、螟蛾科）及双翅目的白纹伊蚊均具备杀虫活性；而现有现代Cry2A毒素（如Cry2Ae、Cry2Ah）仅对3~5种鳞翅目害虫有效，宿主范围显著狭窄。这一发现打破了“现代蛋白功能优于祖先蛋白”的传统认知，揭示祖先蛋白是一座未被开发的“广谱杀虫蛋白资源库”。更具科学价值的是，团队首次发现Cry2A蛋白呈现“波动进化”模型：通过分析Cry2A毒素效力随进化时间的变化规律，发现其对夜蛾科、尺蠖蛾科等关键农业害虫的毒性并非线性增强，而是呈现“高效 - 低效 - 再高效”的非线性波动特征。进一步数据分析表明，这种波动可能源于蛋白在演化过程中获得针对同种害虫的不同作用靶点，这一核心结论为现代害虫抗性治理提供了颠覆性思路，即通过追溯祖先蛋白的靶点多样性，设计识别位点不同的新型杀虫蛋白，通过识别模块替换解决Bt蛋白使用中出现的害虫抗性问题。
中国农业科学院植物保护研究所束长龙研究员为本文通讯作者，安徽农业大学王奎讲师为第一作者。张杰研究员、操海群教授、廖敏教授、曹蓓蓓讲师，以及英国埃克塞特大学Ben Raymond教授参与了该工作。该工作得到了国家自然科学基金（32102295）的资助。
图1 文章摘要图
图2 （a）Cry2A祖先序列重建：Anc0-Anc6为重建祖先蛋白；（b）祖先与当代蛋白杀虫谱；（c）Cry2A蛋白杀虫活性的演化趋势：Cry2Ab与Cry2Ac对小菜蛾、Cry2Ah与Cry2Ae对夜蛾科及尺蛾科的杀虫活性均随进化时间呈现波动进化模式
