近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物害虫监测与控制创新团队在国际知名期刊《Frontiers in Immunology》发表了题为“ Hemocyte response to treatment of susceptible and resistant Asian corn borer (Ostrinia furnacalis) larvae with Cry1F toxin from Bacillus thuringiensis”的论文，揭示了亚洲玉米螟幼虫取食Cry1F毒素后体内免疫系统的重要解毒作用。

转苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）基因抗虫作物在整个生育期能够高效表达杀虫蛋白，不仅能很好控制靶标害虫为害，有效减少杀虫剂的用量，同时也大幅度保护了物种和生态系统的多样性，提升了农作物产量，被大面的推广应用。但长期大面积推广种植，导致靶标害虫对其产生抗性，严重制约了转Bt抗虫作物的可持续发展，已成为当今世界各国在推广和使用转Bt作物中亟待解决的科学问题。因而害虫抗性产生机理成为这一领域的热点科学问题。本研究从昆虫血淋巴液和血细胞的免疫角度揭示了昆虫免疫在应对Bt毒素摄入后的解毒和提高机体抗性方面的重要作用。

首先通过转录组和蛋白质组测序分析发现，幼虫用取食含有Cry1F毒素的人工饲料后，其血淋巴液内参与免疫相关和解毒途径的基因和蛋白质明显上调。如Cry1F毒素处理后的亚洲玉米螟抗Cry1F抗性品系幼虫的血细胞中，与免疫（四次跨膜蛋白Tetraspanin和c型凝集素）和解毒途径相关的基因和蛋白会显著上调。随后经过筛选后，确定了四次跨膜蛋白CD63基因和c型凝集素家族中的巨噬细胞甘露糖受体1、c型甘露糖受体2、抗原蛋白CD209等基因通过体外原核表达为蛋白后并与Cry1F毒素进行互作测试。结果表明了Cry1F毒素与CD63和c型凝集素家族蛋白具有亲和力，说明Cry1F毒素可以被这些具有解毒功能的受体蛋白所识别。研究还发现了使用Cry1F毒素处理的抗性品系幼虫的血细胞中，MAPK激酶（ERK 1/2, p38α和JNK 1/2）显著激活，推测四次跨膜蛋白Tetraspanin（CD63）和下游MAPK信号通路之间可能存在关联时。因此，本研究又通过RNAi技术沉默CD63基因的表达后检测到JNK 1/2水平的也受到显著抑制，导致了抗性品系的幼虫对Cry1F毒素的敏感性显著增加。

本研究结果表明了c型凝集素和四次跨膜蛋白Tetraspanin可能参与对Cry毒素的防御反应。此外，当幼虫摄入Cry毒素后，机体免疫反应的上调对机体抵御由肠道破损处进入到血腔中的肠道微生物有至关重要的作用。而Cry1F毒素与CD63抗原受体的相互作用可能激活血细胞中的MAPK-JNK 1/2通路，激活了血细胞的解毒作用。这些发现为从鳞翅目害虫的体液和细胞免疫应对Cry毒素途径揭示抗药性产生的机理提供重要的科学依据。

中国农科院植保所博士后Sivaprasath Prabu和博士后静大鹏为本研究共同第一作者，中国农科院植保所何康来研究员为论文通讯作者。中国农科院植保所王振营研究员和美国田纳西大学的Juan Luis Jurat-Fuentes教授参与了此项工作。该研究得到中国农业科学院创新工程的资助。

原文链接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.1022445