B作物的昆虫抗药性管理

InsectResistanceManagementforBtCrops

Bt作物的昆虫抗药性管理TessaMilofsky,M.S.andSharleneMatten,Ph.D.泰莎.米洛夫斯基硕士沙利恩.马顿博士U.S.EnvironmentalProtectionAgencyOfficeofPesticidePrograms美国环保局杀虫剂项目办公室1IRM:whatisit?

昆虫抗药性管理定义

Insectresistancemanagement(IRM)isastrategytomitigatethedevelopmentofinsectsresistanttoapesticide(e.g.,resistancetoBacillusthuringiensisorBt)

昆虫抗药性管理(IRM)是为了减轻害虫对杀虫剂(例如对BT)产生抗性而采取的一种策略.2IRM:whyisitimportant?

IRM的重要性MaintainingtheefficacyofBt,alow-riskpesticide,isbeneficialforthefollowingreasons:维持低风险杀虫剂Bt的功效有如下的优点:BtreplaceshigherriskpesticidesBt杀虫剂可以代替其他高风险性的杀虫剂Lessexposureofnontargetorganismstosuperficiallyappliedpesticides降低非目标生物暴露于杀虫剂的可能性UseofBtcropsmayprovidegreaterprofitstofarmers,duetoreduceduseofinsecticides由于减少了杀虫剂的使用,Bt作物可以给农民带来更大的收益3CriticalcomponentsofIRMplan

IRM计划的重要组成成分Pestbiology害虫生物学Dose剂量Cross-resistance抗性转移Refuge避难所Modeling建立模型Resistancemonitoring抗性监测Remedialaction矫正措施Complianceassurance确保规范性Growereducation种植者教育4Pestbiology

害虫生物学Importantfactorsinclude:NumberofinsectgenerationsperyearHostrangeInsectmovementanddispersalpatternsMatingandovipositionalbehaviorPopulationdynamics要点包括:每年害虫繁殖的代数宿主的范围害虫移动和分布的模式交配和产卵行为种群动态5Pestbiology:anexample

害虫生物学举例Europeancornborer(ECB),Ostrinianubilalis1-4generationsperyearPolyphagous(preferscorn)Movement:Larvae-canmovefromplant-to-plantwithinafieldAdults-mostlylocalmovement,butsomelongdistancemigratorymovementcanoccur欧洲玉米螟(ECB)每年繁殖1-4代杂食性(偏好玉米)移动幼虫可以在同一田地内不同植株上移动成虫大部分在本地活动,但也有可能进行长距离迁移Female雌性Male雄性lateinstars晚期幼虫ECB6Dose剂量Dose=theamountoftoxinexpressedovertimebyatransgeniccrop,relativetothesusceptibilityofatargetpest;canbedeterminedthroughfieldefficacytrialsorlaboratorybioassays剂量=转基因作物在一定时间内表达的毒素的量,和目标害虫的敏感性相关;通常由田间功效实验或实验室生物测试所决定.Highdose=atleast25xtheamountoftoxinneededtokillallsusceptibletargetinsects;preferredoverlowdoseeventsforrefuge-basedIRMstrategies高剂量=至少为杀死所有敏感目标害虫剂量的25倍;在以避难所为基础的昆虫抗性管理策略中，使用高剂量遗传事件体要比低剂量遗传事件体好7Doseassumptions

剂量假设Threegenotypesforresistance/susceptibility(SS,rS,rr)Resistance(rr)isrecessiveandrareRefugesuppliesSS(homozygoussusceptible)genotypeRandommating:rrxSS→rSrSxSS→rSorSSSSandrSsusceptibletohighdose三种抗性/敏感性基因型(SS,rS,rr)抗性基因(rr)是隐性的,少见的安全基因型SS(纯合敏感)随机交配:rrxSS→rSrSxSS→rSorSSSS和rS对高剂量敏感LC500100低高8Doselevels:someexamples

关于剂量水平的一些例子Lepidopteran-activecorn(Cry1Ab&Cry1F):HighdoseEuropeancornborer(ECB),OstrinianubilalisSouthwesterncornborer(SWCB)DiatraeacrambidoidesNon-highdoseCornearworm(CEW),Helicoverpazea鳞翅目敏感玉米(Cry1Ab&Cry1F):高剂量欧洲玉米螟(ECB),Ostrinianubilalis西南玉米螟(SWCB)Diatraeacrambidoides非高剂量玉米棉铃虫(CEW),HelicoverpazeaWCRfemalemalelateinstarsECB9Doselevels:someexamples

关于剂量水平的一些例子Rootworm-activecorn(Cry3Bb1,Cry34/35,mCry3A)Non-highdoseWesterncornrootworm(WCR),DiabroticavirgiferavirgiferaNortherncornrootworm(NCR),D.barberiMexicancornrootworm(MCR),D.virgiferazeaSecondarypestsNon-highdoseforsomepests根虫敏感玉米(Cry3Bb1,Cry34/35,mCry3A)非高剂量西部玉米根虫(WCR),Diabroticavirgiferavirgifera北部玉米根虫(NCR),D.barberi墨西哥玉米根虫(MCR),D.virgiferazea次级害虫非高剂量WCRfemalemalelateinstarsECB10Cross-resistance

抗性转移WhenresistancetoasingleBttoxinconferspestresistancetoaclusterofrelatedtoxinsFactorsaffectingcross-resistanceinclude:Similarity/dissimilarityofcommercializedtoxinsUseofsingletoxinversusmultipletoxinsLevelofresistanceinaninsectpopulation害虫对单一Bt蛋白的抗性使得害虫对其他一系列相关毒素都产生抗性影响抗性转移的因素包括:商品用毒素的异同点单一毒素和复合毒素的使用昆虫种群的抗性水平11Cross-resistance:anexample(抗性转移:举例说明)BindingsitediagramforEuropeancornborer(欧洲玉米螟结合位点简图)Cry1AbCry1FCry1Ac220KDaCadherin154KDaAPN145/167KDaAPNOtherEuropeancornborer(basedonHua,G.,Masson,L.,Jurat-Fuentes,J.L.,Schwab,G.,Adang,M.J.2001.BindinganalysesofBacillusthuringiensisCryd-endotoxinsusingbrushbordermembranevesiclesofOstrinianubilalis.Appl.Env.Microbiol.67:872-879)(其他)12Refuge避难所AnyhostplantthatdoesnotproduceBttoxinandhasnotbeentreatedwithconventionalBtformulations(maybetreatedwithnon-Btinsecticide)任何不产生Bt毒素并且也未经常规Bt杀虫剂处理过的宿主植物(可能经非Bt杀虫剂处理过)Enablesmatingbetweenresistantandsusceptibleadults,resultinginproductionofsusceptibleoffspring抗性和敏感性成熟植株杂交可以产生敏感性的后代13Refugeoptions 避难所的选择Structuredrefuge=specifiedsize,locationinrelationtoBtfield,andcrop/plantcompositionCommunity-basedrefuge=neighboringgrowersestablishsharedstructuredrefugeUnstructuredornaturalrefuge=useofalternativehostplants/cropsinplaceofdefinedrefuge结构避难所=特定大小,并且位置和Bt植物种植区有一定关系的区域,此区域既有农作物,又有植被以社区为基础的避难所=相邻的种植者建立的一种共享的结构避难所非结构或称天然避难所=用一种寄主植物和作物互相交替种植的模式来代替人为限定的避难所模式14Refugeoptions 避难所的选择Seedbagmix=BtseedbagscontainBtseedandnon-Btseed(e.g.,80%Bt,20%non-Bt);seedmaybebaggedseparatelyormixedtogetherRegionallimit=national/regionalgovernmentenforcedlimitonBtseedsales(e.g.,80%indefinedregion)混装种袋=在这种含Bt种子的袋子中既含有Bt种子,也含有非Bt种子(例如:80%Bt种子,20%非Bt种子),种子可以先按小袋分装好再混和,也可以直接混在一起.区域限制=国家或地方政府对Bt种子的买卖进行严格限制(例如:在一定区域内，只允许80%的Bt种子的买卖)15SeedmixBlockIn-fieldstrips田地内的条带模式Internalblock(s)内部种植模式Border(block)周边种植模式Structuredrefugeoptions

结构避难所的选择Externalblock外部种植模式种子混和16Otherrefugeoptions

其他避难所选择Communityrefuge社区避难所模式80%Bt

seedcorn玉米种子20%non-Bt

seedcorn玉米种子Naturalrefuge天然避难所BtcottonBt棉花w/TBWSoybean大豆Tobacco烟草Tobaccobudworm,烟草蚜虫Heliothisvirescens

17Btcornrefugespecifications:anexample

Bt玉米避难所规范示例20%refugerequiredincornbelt;50%refugerequiredincorn/cottonregionStructuredrefugeisrequired.Refugesmaybeplantedinoneofthefollowingdesigns:In-fieldstrips(4-6rows)Blocks(internalorexternal)Refugerequirementsarethesameforlepidopteranandcoleopteranactiveproducts在Bt玉米田中20%为避难所,在玉米/棉花田中则为50%结构性避难所是必须的.避难所可以按如下的设计来耕作:田地内条带(4-6行)内部或外部田块18Modeling模拟Usefultoolforpredictingthelikelihoodofresistance,forevaluatingthedurabilityofIRMstrategies,andforhelpingtofocusdataneeds.Modelcomponentsinclude:Biologicalinformation(pestbiology,populationdynamics)Genetics(R-alleledominance/frequency,crossresistance)Operationalaspects(dose,single/stackedtoxin(s),refuge)建立模型是预测抗药可能性,评价IRM策略持久性和帮助调整数据需求的一种有效方法.模型包括以下组成成分:生物信息(害虫生物学,种群动态)遗传学(R-等位基因显性/频率,抗性转移)运行情况(剂量,单一的/叠加的毒剂,避难所)19Resistancemonitoring

抗性监测CanhelptoprolongtheefficacyofaninsectresistantcropDesignedtodetectresistance2-3yearsbeforefieldfailureTargetpestsamplingconsistsof:Growerreportsofunexpectedpestdamageininsect-protectedcropfieldsRandompopulationsampling:SamplingbasedonpestprevalenceinregionSamplingtarget:numberofinsectsneededtodetermineresistanceatp<0.01

可以延长抗虫作物的功效可以在失效前监测抗性2-3年目标害虫取样包括:种植者在抗虫作物区域内由害虫造成的意外损失报告随机种群取样:害虫流行区域取样取样目标:用来确定抗性所需的害虫数量(p<0.01)20Resi德stan眠cem亿onit湖orin仪g(c沿ont.绘)抗性监捷测(续结)Bio秃ass聚ays职ar霞eu慎sed鲜to租de六tec致tp择ote致nti夜al描res蛋ist则anc砖ei伐ns味amp绝led恶po惹pul刊ati虹ons匹.A辉ssa左ys枝inc合lud撇e:Pes撇ts蔑usc就ept浅ibi趴lit宿y(咽LC50)Dis晌cri只min道ati材ng它Dos烦e(贪LC99)F2scre摸enCon苹fir符mat银ion命st志udi晋es巩are颠us获ed亲to顶ver趋ify纲re烛sis秀tan智ce.石Qu扎est绢ion讨si榨ncl房诚ude毛:Ist税here碑fie所ldf挎ailu境re?Is军the渠in姜sec莫tr鞋esi皱sta瓣nce泼tr泛ait旁ex孔pre暑sse坚d?Isi甜nsec艘tre膜sist卖ance倡tra呜iti也nher止ited跃?用生物宿鉴定来警检测样俱品种群武中的潜桂在抗性炮.生吩物鉴定鲜包括:害虫敏感酱性鉴定(LC50)差异剂量枕(LC99)F2筛选确认研究欲用来核实客抗性.包款括:区域失效决了么?抗性特征艘表达了么孙?抗性性可祸遗传么?21Resi盯stan铅cem熊onit危orin蛮g:p傲osit站ive绝hits捧forBtcor装ni感nt娇he坑US?抗性监测躺:美国Bt玉米正采克样数In筝200妨1,廊mor等tal坐ity洁fo殊ro恭ne静Eur辰ope敢an旺cor纤nb症ore阁r(辅ECB狸)p法opu基lat尘ion羞(K裂and缠iyo姻hi,趋MN禁)w御as言<9丝式9%搭in哄Cry战1Ab伴di劝scr老imi绿nat劳ing制do增se或ass升ayFoll巾ow-u告pte乐sts乖withBtplan浊tma耳teri态alr朱evea驴led洋that通pop尘ulat开ion牙was烦not婆fiel得dre名sist鄙antNofiel萄dre辟sist尿anceconf柳irme腔dfo勇ran咬ymo哥nito址redBtcor蓬np救est2001年在Cry1只Ab不同剂量吃分析中,粥欧洲玉卡米螟种群呀的死亡率括小于99息%Bt作物的允后续测穿试表明鼠种群并盈没有田灶间抗药团性被监测胃的Bt玉米害虫能没有被证顷实产生田践间抗药性22Reme混dial枝act窑ion鱼plan矫正措嚷施If彻res以ist耕anc馆ei明sc蝴onf锅irm舱ed酸thr献oug婶hr雨esi逐sta注nce堂mo咬nit疑ori例ng,货a正re餐med揭ial钉ac砌tio绸np驻lan惧is动im下ple厅men陷ted嚷to歌co值nta场in青or秀slo圾wt幅he专spr丸ead粘of很re锦sis励tan物tp三est逼po写pul链ati遍ons如果抗性园监测确认难了抗药性承,矫正患措施可以例减缓害虫夹种群抗药填性的传播23Rem桂edi股al捎act拳ion梦pl源an:抵an构ex仪amp律le矫正措施铸举例EPA’锋spl殖ani可nclu忌des:Mand柿ator民yre趁port稳ing扛ofs跃uspe跃cted痛res纺ista优nceUse疤of虽al郊ter堡nat油ec略ont隆rol妄me多asu嗽res梦in敞af歌fec怪ted鉴ar没easInc凡rea誉sed荐re常sis托tan租ce刺mon迅ito语rin垒gSus棚pen仿sio秒no张fBtcro拔ps坑ale批si色na湾ffe源cte鸡da敢rea苹sInv颤est呆iga绵tio漆no粱fc喇aus录eo惹fr次esi测sta炸nce美国环保宪局措施包孕括:强制要石求对有稿怀疑的炉抗药性镇表现上缠报在有影煌响区域胶使用其纵他管理已措施增强抗性白监测在被影响脏区域终止Bt玉米销翼售对抗药性坑原因进行奶调查24Com佣pli旗anc还ea付ssu来ran悦ce确保规尘范性Com肢pli揪anc考em深eas更ure乡丰si界mpl萍eme孔nte在dt睡oe框nsu倘re础tha潮tg吐row课ers龟co命mpl泰yw疾ith挺ap索pro脱ved否IR匀Mp朗rog吴ram规范操作师可以确保糟种植者按云照害虫抗词药性管理球规则执行烈耕种操作时.25Com西pli柏anc笼ea催ssu要ran品ce:芝an筝ex透amp柿le确保规玻范性举令例EPA猾re司qui煎res富re蓄gis落tra茄nts透to晶im荐ple番men区tt评he庄fol乏low欢ing制me象asu充res劫:Cont持ract尖saf模firm缸ing梳grow宪era抢gree京ment坛to钟comp轻lyw包ith扭appr询oved游IRM店str粒ateg桶y3rdpart款ygr键ower劝sur军veys皇of胡IRM拜impl遥emen贱tati央onOn-f尺arm振fiel吐dvi听sits挑to懂veri反fyI沉RMi堪mple铃ment鬼atio蕉nTips投and怀com踩plai诞nts耕onn拴on-c矮ompl欧iersSusp始ensi粒ono谦fse桌eda框cces骑sfo绝rno赛n-co穗mpli拴ers美国环保赞局规定登胃记者必须盾实施以下射方法:合同规糕定种植描者必须拥遵守IRM策略第三方对IRM执行情况煮进行调查田间观慕察以确匆定IRM的执行情俘况揭发和殖投诉不消遵守规乳则的种竿植者对不遵守察规则的种蔬植者终止辽种子供应26Grow吊ere共duca拾tion种植者教桨育Educ挣atio河nab逮out担the霜need菠for划IRM法,ho吩wto廊imp辱leme帽ntr瘦equi筝reme胆nts,领and道gro碑wer饲resp粪onsi情bili停tyi翁nco鞭mply哗ing窃with尊IRM盘req业uire脂ment她s对IRM策略的必涌要性,域怎样完成捷要求,垫和种植者蜻对完成IRM要求所泊担负的手责任进埋行教育27Summ拿ary撑ofE衣PA’s抚IRM丽req盟uire怒ment希sfo跃rle颗pido烈pter府an-a裤ctiv功eBtcorn美国环胞保局对棋鳞翅目席昆虫敏餐感的Bt玉米IRM要求概淡述20%refu奇gei爆nco奔rnb鸭elt;佛50%愁ref舍uge岛inc体otto彼nbe碌ltStru抱ctur敲edr喂efug狗ere动quir线ed.挠Refu攀ges斥plan镜ted怕ino饲neo功fth暂efo搏llow律ing物desi柿gns:in-f颗ield粗str找ips昆(4-6校row震s)bloc董ks(世inte赔rnal客or是exte醒rnal耗)Ind沿ust叉ry-纪wid氧ec漫oll喷abo酬rat鹅ion白on哄co捷mpl违ian堵ce旧sur衣vey茶s在玉米种岭植带中2徐0%为避各难所;道在棉花种陕植带中为部50%结构性征避难所舞是必需流的.避端难所种骂植需为冰如下设惹计中的订一种:田间条良带(4慌-6拘行)田块(内鹅部或外部秤)广泛合联作开展阀规范性滔调查28Summ纲ary由ofE海PA’s时IRM羞req揪uire裤ment加sfo抚rle棕pido塌pter帝an-a捡ctiv筒eBtcorn漂(co及nt.)对鳞翅目位昆虫敏感锁的Bt玉米IRM要求概述亩(续)Ind偶ust导ry-杏wid谱eu胀nif旧orm磨ity侨of卷:Gro睬wer辉ag喝ree静men惩tsGrow伞ert叨rain辱ingImpl头emen男tati禾ono例fti燥psa歉ndc便ompl朝aint忠s以下行痰为保持陷高度一挣致性:种植者谊协议种植者培途训监测和球投诉的浙实施29Sum平mar熄yo貌fE缓PA’候sI族RM熔req搁uir携eme起ntsfor挖lepi壁dopt荣eran睡-act料iveBtcorn悉(co辞nt.)对鳞翅目辫昆虫敏感寒的Bt玉米IRM要求概凳述(续庭)Annu展alr能epor寸ting例req盛uire志ment搞s:－Com梨pli艳anc鸣ea涂ssu陈ran崇ce叫(e.g既.,surv森eys,店gro悦wer忽cont杆ract施s)－Chan傲ges汇tog衣rowe揪red气ucat恢ion－Res扇ist公anc稠em午oni辨tor淘ing朗da凭ta－Sal鼠es傻dat累a年度报告姥需要:规范性确替认材料(食例如调查坝,种植者功合同)种植者教章育的变化抗性监测盘数据销售数据30Data郑sou仰rces宪for恰EPA仇’sI步RMp破rogr秤am美国环保狐局IRM项目的贫数据来抵源Pub励lis西hed坦sc殖ien先tif疼ic它lit节era费tur直eIndu刃stry洞sub狭miss渗ionsExpe傍rts恰(aca览demi撕a,g徐over饼nmen刻t,i配ndus退try)Mee顿tin者gs此(ad彼vis辣ory痛pa绘nel塘s,柔wor叠ksh伏ops吹,E阀SA,说NC递205介,N停C46矿)Fiel标dvi菠sits已出版的旨科学文献工业企静业的报触告专家(学泰术界,政们府,工业陷界)会议(顾哲问团,研违讨会,ESA,贫NC20马5,NC误46)田间观膨察31Keys徐to沫succ剥ess顽atE拒PA美国环畜保局(EPA辰)取得成滑功的关姑键EPA训isr奴espo子nsiv坏eto赞new助sci旅enti招fic土info洲rmat忙ionEPA增se狐eks某sc积ien涂tif撞ic虽inp胖ut地fro翻ms州tat扣ea愉nd谦fed禾era港la愈gen逝cie纤s,破aca氧dem轿ic逐exp绝ert摆s,糊and取pu剑bli盲ci爆nte资res冤tg献rou亭psEPA对最新的恐科技信息蓄反应积极EPA从各州后和联邦粥的政府戏部门,馋学术专周家和公聚众团体现中寻求竖科技力庸量32Keys问to篇succ售ess席atE特PA美国环店保局(EPA丸)取得成功掏的关键Cond灿itio杀nal住(tim戏e-li喜mite遇d)r惨egis缓trat宾ions疏ena参ble链EPA纸toa炼dapt迎IRM渗req员uire洞ment宅sov榨ert蔬imeEPA到ne波got组iat率es蜘reg侨ula搏tor堡yc图han失ges柄wi所th厘reg胶ist岗ran巧ts斜and辉gr璃owe羽ro哄rga话niz塞ati渐ons有时间限况制的注册止可以使EPA适应IRM随着时息间变化阶而产生纲的新要蠢求EPA经常与阁注册者粘,种植依者组织绸就规则句调整进肺行协商33IRM因ch歪all饼eng巴es陪IRM面临的脏挑战Plan浮sar熄esp附ecif残ict款oth贱e:Pest援/cro妥pCoun辆try/补regi嗓onBts违elec喘tion夹int喘ensi染tyw躺ill耗bea欣ffec逗ted勇by:Adop衰tion哈/dis邪trib悼utio姓nof济aBtcro秋pCro叙ss-洪res握ist具anc伸ep满ote哗nti降al爹wit价hs夫imi祸lar斜pr销