??不同遗传背景的转Cry1C基因玉米品系的室内抗虫性鉴定

曾强 周伟 郭欢乐 曹钟洋 彭明 周虹 汤彬 陈志辉

摘要：以转Cry1C基因的转基因玉米C492为供体，通过回交转育的方式将目标基因分别导入不同遗传背景的玉米自交系，获得转基因玉米自交系C492/N-76、C492/N202、C492/S273、C492/DH1901和C492/DH1904，采用室内离体组织生测的方法研究各品系对玉米螟和草地贪夜蛾的抗虫性。结果表明：转基因玉米C492和5个不同遗传背景自交系均表现出高抗玉米螟，虽对草地贪夜蛾的抗性有一定差異，但接虫6 d后幼虫死亡率均达到80%以上。这说明转基因玉米C492和5个不同遗传背景自交系可用于抗虫转基因玉米新品种培育，具有较好的商业化应用前景。

关键词：转基因玉米；亚洲玉米螟；草地贪夜蛾；回交转育；室内生测

中图分类号：S513.034.3文献标识码：A文章编号：1006-060X（2024）02-0001-05

Insect Resistance Identification of Transgenic Maize with Cry1C Gene from

Different Genetic Backgrounds in Laboratory

ZENG Qiang1，ZHOU Wei2，GUO Huan-le1，CAO Zhong-yang1，PENG Ming1，

ZHOU Hong1，TANG Bin1，CHEN Zhi-hui1

（1. Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， PRC; 2. Agriculture and Rural Bureau of Wangcheng District， Changsha 410203， PRC）

Abstract： The transgenic maize C492 carrying the Cry1C gene was used as the donor， and the target gene was introduced into inbred lines of maize with different genetic backgrounds by backcross breeding. The inbred lines of transgenic maize， namely C492/N-76， C492/N202， C492/S273， C492/DH1901， and C492/DH1904 were obtained. The insect resistance of the inbred lines to Ostrinia furnacalis and Spodoptera frugiperda was studied through in vitro tissue bioassay in the laboratory. The results show that transgenic maize C492 and the five inbred lines with different genetic backgrounds are highly resistant to O. furnacalis. Although there is a difference in their resistance to S. frugiperda， a larval mortality rate of over 80% can be achieved after insect infestation for six days. This indicates that transgenic maize C492 and the five inbred lines with different genetic backgrounds can be used for the breeding of new insect-resistant transgenic maize varieties and have good prospects for commercial application.

Key words： transgenic maize; Ostrinia furnacalis; Spodoptera frugiperda; backcross breeding; bioassay in laboratory

玉米作为我国三大粮食作物之一，是当今世界重要的粮食作物，也是饲料工业和畜牧业的重要原料，玉米产业健康发展对于保障我国粮食安全以及农产品有效供给意义重大[1]。虫害是影响玉米产量和品质的主要因素，有效防治害虫取食是实现玉米稳产增产的重要环节。玉米螟是玉米生长发育过程中的主要害虫，在心叶期和穗期的危害较大，初孵幼虫爬入心叶为害，叶片展开后，形成排孔，造成“花叶”，而穗期的初孵幼虫主要蛀食茎秆、穗轴、雄穗，形成“隧道”，破坏植株养分和水分的运输，使茎秆容易折断或倒伏[2]。草地贪夜蛾作为世界性的重大农业害虫，具有食性杂、食量大、暴发性和迁飞性等特点，其低龄幼虫啃食玉米叶片可造成“窗孔”形症状，高龄幼虫还可为害叶片、雄穗和果穗等部位，甚至造成玉米植株死亡。草地贪夜蛾2019年1月首次入侵我国，随后迅速扩散至20多个省份[3]，2022年我国草地贪夜蛾的发生面积达到4 000万hm2。

利用转基因技术培育具有抗虫性状的玉米被认为是控制害虫的有效途径[4]，既可减少人工成本，又可降低对环境的影响，更重要的是，对非靶标生物的风险降低[5]。Cry1C蛋白作为有效的Bt（Bacillus thuringiensis）转基因蛋白之一，其蛋白质的表达量和抗虫性呈正相关，但在不同回交转育品系中Bt蛋白的表达量同时受到多种因素的影响，例如：外源基因启动子的选择、密码子偏好性选择、基因在基因组中的插入位置以及回交受体的遗传背景等[6]。因此，研究不同遗传背景下Bt转基因抗虫效果的稳定性，对转Bt抗虫基因作物的推广和应用具有重要意义。

笔者以转Cry1C基因玉米C492及其回交转育获得的5个转基因玉米自交系为试验材料，采用室内玉米离体组织生测的方法研究其对玉米螟和草地贪夜蛾的抗虫效果，以期为抗虫转基因玉米新品种选育和抗虫防治提供可利用的种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种：转Cry1C基因的抗虫转基因玉米C492（综31背景），完成回交转育的转基因玉米自交系C492/N-76（PA亚群）、C492/N202（PB亚群）、C492/S273（苏湾亚群）、C492/DH1901（温热种质）和C492/DH1904（温热种质），非转基因对照玉米为综31（自330亚群）。所有试验材料均由湖南省作物研究所玉米研究室培育和保存。

试虫材料：亚洲玉米螟和草地贪夜蛾的虫卵均购买自浩康生物科技有限公司。虫卵置于人工气候箱（28℃）孵化。所有初孵幼虫作为供试虫源用于室内玉米离体组织生测试验。

1.2 试验设计

所有试验材料均种植于湖南省作物研究所转基因育种温室大棚，分小区种植，随机排列，每个自交系种植4行，行长为5 m，株距为0.2 m，行距为0.6 m。2023年4月25日播种，一次性施用宜施壮玉米配方肥（N–P2O5–K2O=24–7–7）750 kg/hm2作为底肥，其他管理同当地大田生产。

1.3 室内抗虫性鉴定

取生长至5～8叶期玉米植株地上部分带回室内，取幼嫩心叶，用消毒剪刀剪成2～3 cm大小，放在24孔细胞培养板中，用毛笔轻挑玉米螟和草地贪夜蛾初孵幼虫放于接虫板中，每孔接1头初孵幼虫。每块板为1次重复，每个处理设重复4次。接虫后将培养板放置在温度为28℃，光周期为16 h光照、8 h黑暗，相对湿度为70%～80% 的人工气候培养箱中培养。隔天更换相同来源的新鲜组织，6 d后记录死亡幼虫数，并进行拍照。以虫体瘫软发黑，不能移动判为死亡。死亡率=死亡幼虫数/总幼虫数×100%。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010软件进行数据汇总，利用SPSS 17.0软件进行方差分析，使用最小显著差异（Least Significant Difference，LSD）方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同转基因玉米品种对玉米螟的抗性差异

为了比较转基因抗虫玉米C492及其回交转育获得的5个转基因玉米自交系对玉米螟抗性的差异，取5～8叶期玉米心叶进行室内玉米螟抗虫性鉴定，接虫6 d后统计玉米螟死亡情况。室内玉米离体组织生测结果（图1）表明，Bt基因在不同遗传背景下对玉米螟的抗性存在显著差异，但是转基因玉米C492和5个转基因自交系均表现出高杀虫活性，供试玉米螟死亡率均在90%以上。

其中，C492，C492/DH1904，C492/S273，C492/N-76

在接虫后第6天玉米螟死亡率都达到100%，虫子体型较小且均已死亡，叶片未见明显损伤（图2B）；而非转基因对照玉米综31上玉米螟死亡率低于10%，虫子体型明显增加且可正常活动，叶片明显被咬食（图2A）。

2.2 不同转基因玉米品种对草地贪夜蛾的抗性差异

进一步比较转基因抗虫玉米C492及其回交转育获得的5个转基因玉米自交系对草地贪夜蛾抗性的差异，取5～8叶期玉米心叶进行室内草地贪夜蛾抗虫性鉴定，接虫6 d后统计草地贪夜蛾死亡情况。室内玉米离体组织生测结果（图3）表明，Bt基因在不同遗传背景下对草地贪夜蛾的抗性存在显著差异，但是转基因玉米C492和5个自交系均表现出较高杀虫活性，供试草地贪夜蛾死亡率均在80%以上。

其中，C492，C492/N202，C492/N-76的草地贪夜蛾死亡率在接虫后第6天都达到了90%以上，

叶片上的虫体大小相对较小，叶片未见明显损伤（图4B），而C492/DH1901和C492/DH1904对草地贪夜蛾的抗性相对较差；非轉基因对照玉米综31上草地贪夜蛾死亡率均低于15%，叶片啃食严重，几乎完全被啃食（图4A）。

3 小结与讨论

随着生物工程技术的不断发展，转基因抗虫玉米商业化种植为控制害虫危害和延缓害虫抗性提供了新的技术途径[7]。自1996年开始，转基因抗虫玉米开始大规模商业化种植，目前已有200个以上具有抗虫性状的转基因玉米转化事件被批准商业化生产[8]。在转基因玉米产业化过程中，回交转育是导入目标基因最主要方法，因此，优良的转化体及其回交转育育成的新材料都极为可贵。外源基因在不同回交转育材料中是否能够稳定表达，仍然需要对不同转化体和回交转育材料进行表型鉴定，积累更多更可靠的数据，为转基因玉米产业化的安全应用提供参考。Venkatesh等[9]分别将抗虫玉米 MON 89034、抗旱玉米 MON 87460、耐草甘膦玉米NK603回交转育至6个玉米自交系，通过全基因组序列分析发现不同自交系与受体亲本基因型相似性为93.7%～99.35%。由此可见，通过回交转育的方法可以在导入供体亲本目标基因的同时保持其他遗传背景与受体亲本基因型基本一致。该研究将转Cry1C基因的抗虫转基因玉米C492回交转育到5个不同遗传背景的自交系，这些材料适合研究不同遗传背景对Bt基因抗虫效果的影响。

转基因抗虫玉米的目标性状是否突出，能否在大田生产中对靶标害虫产生杀虫毒性，是评价其育种利用价值和商业化前景的关键。研究表明，Bt蛋白对鳞翅目害虫具有较高的杀虫毒性，美国孟山都公司育成的第一代Bt转基因玉米Mon810对欧洲玉米螟和亚洲玉米螟表现出较高的田间抗虫性[10]。张爽等[11]研究表明，转基因玉米CM8101心叶、雌穗尖、雄穗、花丝及籽粒对玉米螟均表现出较高的抗性，各组织饲喂3 d后，玉米螟死亡率均达75%以上。

对已有抗虫基因进行改造，可以提高杀虫毒性、延缓害虫抗性。李国平等[12]研究发现，Cry1Ab、Cry1F、Vip3A和Cry2Ab蛋白对草地贪夜蛾都表现出明显的致死作用。张丹丹等[13]发现，草地贪夜蛾取食转Cry1Ab+Vip3Aa基因的玉米后，矫正死亡率为53.02%～100%。该研究以转Cry1C基因的抗虫转基因玉米C492为供体，通过回交转育将抗虫基因导入5个不同遗传背景的自交系中，发现C492及其5个自交系均对玉米螟表现为高抗，饲喂6 d后玉米螟死亡率均达到90%以上，对草地贪夜蛾也表现出较高的抗性，饲喂6 d后草地贪夜蛾死亡率为80.21%～92.71%，说明Cry1C基因在不同遗传背景的自交系中均能稳定遗传和表达，但是不同转Cry1C基因的自交系对玉米螟和草地贪夜蛾的抗性存在显著差异。作为转基因育种中间材料的C492/N-76和C492/N202均对玉米螟和草地贪夜蛾表现出良好的控制效果，为后续抗虫转基因玉米新品种选育提供了重要基础材料，将有助于稳步、有序推进湖南省转基因玉米产业化研究的进程。

参考文献：

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（责任编辑：张焕裕）