許多植物,包括一些基因改造植物,都依賴於一種生物產生的殺蟲劑,稱為蘇雲金芽孢桿菌 (Bt),以抵抗害蟲。但是,隨著 Bt 毒素的使用增加,人們對昆蟲產生 Bt 抗性菌株的擔憂也隨之增加。本週《科學》雜誌上的兩篇報告探討了蠕蟲和蛾類產生 Bt 抗性的機制和遺傳學原理,為如何避免這個問題提供了見解。
加州大學聖地亞哥分校的生物學家研究了 Bt 毒素在蛔蟲中的作用機制。透過比較正常基因產生的蛋白質和突變 Bt 抗性基因產生的蛋白質,研究小組發現酶在決定蠕蟲是否會屈服於毒素方面起著關鍵作用。他們發現,具有 Bt 抗性的蠕蟲缺乏半乳糖基轉移酶,這種酶可以修飾碳水化合物。科學家推測,結晶狀的 Bt 毒素透過碳水化合物和糖類識別腸細胞的外表面。然後,它們攻擊並溶解宿主的腸道,從而殺死宿主。然而,如果宿主缺乏半乳糖基轉移酶,Bt 毒素就無法定位腸道,蠕蟲的內部組成就不會受到損害。所有 Bt 毒素是否以相同的方式運作並需要這種酶仍不清楚。但科學家們表示,這些新發現確實揭示了早期來自 Bt 抗性昆蟲的看似矛盾的證據。
在同一雜誌上發表的第二篇文章中,一個研究菸草夜蛾的遺傳學家團隊發現了一種隱性基因 (BtR-4),該基因賦予了對 Bt 毒素的抗性。北卡羅來納州立大學的合著者弗雷德·古爾德指出:“關於這種基因的知識不僅能使我們檢測到害蟲對當前工程改造植物產生抗性的早期跡象,而且還可能使我們能夠改造植物,使其能夠抵抗新的害蟲菌株。”
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科學家建議使用基於 DNA 的方法來識別和監測具有兩個隱性基因的抗性蛾,以及僅具有其中一個基因的蛾。隨著易感但雜合子蛾的數量增加,它們與另一個雜合子個體繁殖的機會也隨之增加,最終導致更多數量的抗性昆蟲。研究人員寫道,這樣的監測計劃將“在抗性純合子變得足夠頻繁以致引起無法控制的爆發之前發出警報”。