由中國農(nóng)科院、南京農(nóng)大、美國亞利桑那大學(xué)組成的一個科研小組近期發(fā)現(xiàn)，害蟲適應(yīng)轉(zhuǎn)基因棉花的能力令人驚訝，短短十幾年時間，屬于罕見的Bt毒素抗性現(xiàn)象越來越成為普遍。相關(guān)論文發(fā)表在2012年6月11日的PNAS雜志上。

為了降低廣譜殺蟲劑的噴灑，其中廣譜殺蟲劑能夠傷害除目標(biāo)害蟲之外的動物，棉花和玉米經(jīng)過基因改造后能夠產(chǎn)生源自蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis, Bt）的毒素。Bt毒素殺死某些害蟲，而且對包括人在內(nèi)的大多數(shù)其他生物無害。這種環(huán)境友好性的毒素幾十年來就被有機(jī)作物種植者在噴灑中使用，而且自從1996年以來，大多數(shù)農(nóng)民就開始使用轉(zhuǎn)Bt基因作物。

隨著時間的推移，科學(xué)家們已了解到，zui初罕見的賦予對Bt毒素產(chǎn)生抗性的基因突變正在變得越來越常見，因而數(shù)量不斷增加的害蟲種群都能適應(yīng)轉(zhuǎn)Bt基因作物。通過比較害蟲在實驗室和田間如何對轉(zhuǎn)Bt基因作物產(chǎn)生抗性，研究人員發(fā)現(xiàn)盡管在實驗室中篩選到的一些突變確實在野生害蟲種群中發(fā)生，但是一些與在實驗室中觀察到的明顯不同的突變卻在田間發(fā)揮著重要的作用。

棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）的毛蟲在長成蛾之前，能夠咀嚼大多數(shù)植物。這種物種是中國主要的棉花害蟲。

美國亞利桑那大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院昆蟲學(xué)系主任Bruce Tabashnik說，“科學(xué)家們早就料想到這種昆蟲會產(chǎn)生適應(yīng)性，但是我們剛好發(fā)現(xiàn)它們在田間中如何產(chǎn)生抗性。”

為了避免意外，研究人員通過控制實驗室條件，讓棉鈴蟲種群接觸Bt毒素，從而研究這種昆蟲產(chǎn)生適應(yīng)性的遺傳機(jī)制。

他說，“我們試圖保持。我們想期待哪些基因參與其中，因此我們就能夠積極地開發(fā)出策略來維持Bt棉花的有效性和減少殺蟲劑噴灑。這種隱含假定是我們了解到在實驗室里篩選到的對轉(zhuǎn)Bt基因棉花產(chǎn)生的抗性也將能應(yīng)用于田間。”在對轉(zhuǎn)Bt基因棉花產(chǎn)生抗性之前，這種假定從沒有接受過測試。

如今，一個研究小組*次在田間獲得遺傳證據(jù)而讓他們能夠直接比較在野外和實驗室培育的棉鈴蟲種群。他們發(fā)現(xiàn)在田間棉鈴蟲中一些賦予抗性的突變與實驗室培養(yǎng)的棉鈴蟲中的一樣，但是也有一些突變存在顯著性的不同。

Tabashnik說，“我們地發(fā)現(xiàn)在田間中發(fā)現(xiàn)的突變也能夠在實驗室中被檢測到，但是我們也發(fā)現(xiàn)大量的其他突變：它們中大多數(shù)位于同一個基因，還有一個突變位于一個*不同的基因。”

令人吃驚的是，研究人員在田間棉鈴蟲種群中鑒定出兩個不相關(guān)的顯性突變（dominant mutation）。顯性意味著一個拷貝的基因變異體（genetic variant）就足夠讓棉鈴蟲對Bt毒素產(chǎn)生抗性。相反，之前在實驗室中篩選到的抗性突變（resistance mutation）都是隱性的。隱性意味著它需要兩個拷貝的基因變異體（父代和母代各提供一個變異體）才能讓棉鈴蟲對Bt毒素產(chǎn)生抗性。因而，顯性抗性更難控制，而且不能通過種植非轉(zhuǎn)Bt基因棉花來延緩，而對隱性抗性而言，種植非轉(zhuǎn)Bt基因棉花是非常有效地延緩抗性的產(chǎn)生。

非轉(zhuǎn)基因作物（refuge）是由不含轉(zhuǎn)基因的作物組成的，因而能夠允許對Bt毒素敏感的害蟲存活。非轉(zhuǎn)基因作物種植在轉(zhuǎn)Bt基因作物附近，目的是產(chǎn)生數(shù)量充足的敏感性害蟲，從而使得兩只對Bt毒素產(chǎn)生抗性的害蟲以較低的概率發(fā)生交配，因而也就不可能產(chǎn)生抗Bt毒素的后代，這樣就可以稀釋Bt抗性的害蟲種群。

在中國發(fā)現(xiàn)的這些顯性突變削弱了非轉(zhuǎn)基因作物種植策略的有效性，這是因為Bt敏感性害蟲和Bt抗性害蟲交配后產(chǎn)生的后代也能夠具有Bt抗性。

他補充道，這項研究將使得監(jiān)管機(jī)構(gòu)和種植者更好地管控目標(biāo)害蟲對轉(zhuǎn)Bt基因作物產(chǎn)生的抗性，而且發(fā)現(xiàn)顯性突變將促使科學(xué)家重新思考非轉(zhuǎn)基因作物種植策略。

研究人員還報道，賦予棉鈴蟲對Bt毒素產(chǎn)生抗性的突變在中國北方更為常見，是中國西北地區(qū)的3倍。這是因為在中國西北地區(qū)，人們很少種植轉(zhuǎn)Bt基因棉花。然而，即便在中國北方，種植者還沒有注意到出現(xiàn)的Bt抗性，這是因為在那里，只有大約2%的棉鈴蟲對Bt毒素產(chǎn)生抗性。

作為種植者，如果轉(zhuǎn)Bt基因棉花能夠殺死98%的害蟲，那么他們就不會注意到任何事情。但是這項研究表明麻煩即將來臨。