让活菌"死掉"再产杀虫蛋白！中国科学家首创"无活菌"Bt底盘，生物农药安全门槛有望大幅降低

生物农药领域迎来一项突破性进展。近日，中国农业科学院植物保护研究所抗虫功能基因研究与利用创新团队在Bt底盘创建和新型杀虫基因挖掘方面取得重要进展，相关研究成果以"A Bacillus thuringiensis ΔcdsR-based expression system for insecticidal proteins identified using AlphaFold3"为题，在国际期刊《Trends in Biotechnology》上发表。

老问题：活菌和芽胞的"环境释放"难题

苏云金芽胞杆菌（Bt）是目前应用最广泛的微生物杀虫剂之一，其杀虫活性主要依赖Cry等杀虫蛋白。但传统Bt制剂有一个绕不开的痛点：它通常以芽胞和杀虫晶体蛋白混合物形式存在，活菌和芽胞的环境释放增加了产品安全评价和应用管理的复杂性。

换句话说，传统Bt农药喷到田里后，活菌会继续繁殖扩散，监管部门很难评估其对生态系统的长期影响。这直接限制了Bt生物农药在大面积推广中的审批效率和应用范围。

新方案：ΔcdsR底盘——让菌体"干完活就死"

研究团队构建了基于ΔcdsR突变体的Bt表达底盘，核心思路精妙而直接：

1. 解除关联——通过突变，解除杀虫蛋白表达与芽胞形成之间的关联，让菌体在不形成芽胞的状态下也能持续高水平积累杀虫蛋白。
2. 可控死亡——通过可控细胞死亡机制，实现生产后的菌体失活，从而获得不含活菌和芽胞的底盘菌株。

这一设计相当于给Bt生产菌株装上了"自毁开关"：完成杀虫蛋白生产任务后，菌体自动失活，不再有环境释放风险。该无芽胞底盘具有开发高效、蛋白型新一代Bt生物农药的潜力。

用AI找新杀虫蛋白：从"序列匹配"到"结构预测"

传统杀虫蛋白挖掘主要依赖菌株资源筛选、基因组测序和序列同源性分析，对序列差异较大和来源更广的蛋白难以有效挖掘。这支团队换了一条路：

以杀虫蛋白的三维结构为线索，利用AlphaFold3结构预测，从不同生物来源的蛋白资源中筛选具有相似结构特征的候选蛋白，再通过ΔcdsR突变体进行异源表达和杀虫活性验证。

结果令人振奋：潜在杀虫蛋白广泛分布于植物、动物、真菌和细菌中，多个非Bt来源的候选蛋白在ΔcdsR底盘中实现了高效表达，并表现出对农业害虫的杀虫活性。

这建立了一条"结构预测—筛选候选—异源表达—功能验证"的新型杀虫蛋白发现路径，将杀虫蛋白挖掘从传统的依赖菌株和序列资源拓展至结构空间驱动，极大丰富了作物抗虫育种的基因来源。

团队与资助

该研究由中国农业科学院植物保护研究所为第一单位，东北农业大学联培硕士研究生李士清、东北农业大学讲师张新博士、中国农业科学院植物保护研究所博士研究生闫廷璐为论文共同第一作者，东北农业大学樊东教授和中国农业科学院植物保护研究所宋福平研究员为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2024YFD1200203）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-CSCB-202402）、国家自然科学基金（32372623）等项目资助。

笔者观察：这项研究同时解决了Bt生物农药的两个核心痛点——安全性和新基因来源。ΔcdsR底盘让"无活菌"生产成为可能，AlphaFold3则打开了从全生物界挖掘杀虫蛋白的大门。当合成生物学工具遇上AI结构预测，生物农药的迭代速度正在加快。对于国内农化企业而言，关注结构驱动的蛋白发现路径，可能比单纯堆叠菌株资源更有长期价值。

来源：中国农业科学院植物保护研究所、《Trends in Biotechnology》