aBIOTECH | 李素华课题组创制共表达Cry1Ac与Cry3A的马铃薯自交系实现对块茎蛾与马铃薯甲虫的双重抗性

马铃薯（Solanum tuberosum）是全球第三大主食作物，其生产安全对粮食供给具有重要意义。马铃薯块茎蛾（Phthorimaea operculella，鳞翅目）和科罗拉多马铃薯甲虫（Leptinotarsa decemlineata，鞘翅目）是马铃薯生产中最具破坏性的两类害虫，发生严重时产量损失可达90%。传统抗虫育种受制于商业品种的同源四倍体遗传复杂性和营养繁殖依赖，效率极低。

近年来，马铃薯自交不亲和与近交衰退的研究取得了突破，成功获得了高纯度的马铃薯自交系。然而，能否在二倍体自交系中实现抗虫基因的稳定整合与表达，仍是悬而未决的关键问题。苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）的Cry1Ac（靶向鳞翅目）和Cry3A（靶向鞘翅目）蛋白共表达是否能同时针对块茎蛾和马铃薯甲虫取得高效杀虫效果以及它们在二倍体自交系背景下的遗传稳定性尚未被系统评估。

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所李素华研究员课题组在aBIOTECH 发表了题为“Engineering potato inbred lines expressing Cry1Ac and Cry3A for dual resistance to potato tuber moth and Colorado potato beetle”的研究论文。

该研究首先在四倍体栽培种大西洋中导入密码子优化的cry1Ac基因，明确其对PTM的杀虫活性；并将cry3A基因分别转入青薯9号、大西洋、冀张薯12号、陇薯7号等四倍体栽培种中，生物测定结果均表明其对CPB幼虫和成虫的抑制效果（图1）。并在四倍体大西洋中实现了双基因共表达及对PTM与CPB的双重抗性，且转基因株系在株高、单株块茎数、单薯重及块茎蛋白含量等农艺性状上与野生型无显著差异，表明该策略未对重要农艺性状产生不良效应。

图1. cry1Ac与cry3A基因转化赋予马铃薯对PTM与CPB的抗性

随后以自交亲和二倍体自交系A6-56（Solanum tuberosum Group Stenotomum）为核心材料，共表达密码子优化的Bt基因cry1Ac与cry3A，成功获得A6-56_1Ac+3A株系。生物测定显示，饲喂PTM幼虫15天存活率显著下降，且存活幼虫生物量极低；饲喂CPB二龄幼虫3天死亡率超过75%，生长完全停滞（图1）。

为进一步评估抗虫性在杂交后代中的遗传稳定性，以转基因A6-56_1Ac+3A为亲本与另一自交系E4-63（Solanum tuberosum Group Phureja）进行正反交，系统评估了F₁代中双Bt基因的遗传稳定性与抗虫功能。生物测定显示，F₁植株对PTM幼虫具有致死效应，对CPB幼虫生长抑制显著，并显著减少成虫取食（图2）。块茎中虽蛋白含量略低，但PTM幼虫取食6天后生物量下降近80%，化蛹率仅为4.76%–15%。上述结果表明，cry1Ac和cry3A在二倍体杂交F₁代中遵循孟德尔遗传模式，且抗虫功能稳定保守。

图2. F₁后代稳定遗传Cry1Ac与Cry3A并保持双重抗性

该研究首次在二倍体马铃薯自交系中实现了抗鳞翅目与抗鞘翅目Bt基因的稳定共表达及有性传递，建立了涵盖四倍体栽培种、二倍体自交系及F₁代杂交种的多层次抗虫种质资源库，为利用二倍体育种体系快速聚合优良性状提供了可直接应用的基因资源与亲本材料，也为马铃薯抗虫分子育种开辟了一条高效、可操作的实践路径。

该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目（2021B0301030004）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ZDRW202404）与国家自然科学基金（32302375）的资助。中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后杨逗逗、博士生林卫潮和新疆农业大学杨中敏副教授为本文共同第一作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所李素华研究员，新疆农业科学院刘恩良研究员为论文的共同通讯作者。

该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目（2021B0301030004）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ZDRW202404）与国家自然科学基金（32302375）的资助。中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后杨逗逗、博士生林卫潮和新疆农业大学杨中敏副教授为本文共同第一作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所李素华研究员，新疆农业科学院刘恩良研究员为论文的共同通讯作者。

引用本文：

Yang D, Lin W, Yang Z, Zhou D, Liu J, Cheng J, et al. Engineering potato inbred lines expressing Cry1Ac and Cry3A for dual resistance to potato tuber moth and Colorado potato beetle. aBIOTECH 2026:100078.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100078

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

https://www.sciencedirect.com/journal/abiotech

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