昆虫中肠Bt毒素受体氨肽酶N的研究进展

氨肽酶N(APN)是昆虫中肠中主要的Bt毒素受体,它与Cry毒素特异结合后,毒素插入细胞膜,在膜上形成孔洞,细胞裂解,最终导致昆虫死亡.APN的变异导致昆虫对Bt敏感性下降甚至产生抗性.就APN的结构特征、分类、APN与Cry毒素的相互作用机制以及APN与昆虫Bt抗性的关系作一综述.     

昆虫中肠Cry受体蛋白及其功能分析

苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)是目前利用最广泛的微生物农药,主要包括Cyt蛋白和Cry蛋白,均对农林业害虫具有杀虫活性。其中Cry蛋白与昆虫幼虫中肠的刷状缘膜蛋白BBMV受体结合是Bt发挥杀虫作用的重要一步。本文综合介绍了昆虫体内的钙粘蛋白(Cadherin, CAD)、氨肽酶N(Aminoopeptidase N, APN)、碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase, ALP)、ABC转运蛋白(ATP-Binding Cassette Transporter)、其他Cry受体蛋白和分子等受体蛋白,并对其结构特征、在昆虫体内的分布、相关功能等方面进行了详细论述。     

棉铃虫氨肽酶N基因片段克隆、表达和内源蛋白检测

氨肽酶N（APN）是苏云金芽孢杆菌杀虫毒素Cry在昆虫中肠中的一个重要受体。研究氨肽酶N在昆虫中肠中的分布特征对于阐明Cry毒素的杀虫机理和昆虫对Cry毒素的抗性机理具有重要的意义。通过RT-PCR的方法从棉铃虫中肠上皮细胞中克隆得到氨肽酶N的基因片段APN1551,并诱导表达纯化得到其重组蛋白APN517。以此蛋白为抗原,制备其抗血清。用该抗血清能检测到棉铃虫中肠上皮细胞中的APN蛋白。为研究Cry毒素的作用机理奠定基础。     

木毒蛾氨肽酶N1基因克隆与表达分析

  目的  氨肽酶N（APN）是昆虫中肠一类重要的Bt受体蛋白,Bt细菌产生的Cry毒素对昆虫的毒杀作用机理在学术界存在一定争议,但是普遍认为毒素与Bt受体蛋白的结合是产生毒力的必要环节。本研究通过基因克隆、生物信息学分析以及不同龄期组织中的表达对木毒蛾APN1基因进行研究,为后续研究APN基因家族、其他Bt受体蛋白及Cry毒素作用机制提供有益补充。  方法  以木毒蛾中肠cDNA为模板,对木毒蛾APN1基因进行克隆并进行生物学分析,利用实时定量PCR（qRT-PCR）技术分析该基因在木毒蛾发育阶段及不同组织中的表达模式。  结果  克隆获得木毒蛾APN1基因的全长DNA,命名为LxAPN1。LxAPN1序列全长为3 159 bp,ORF为3 054 bp,编码1 017个氨基酸,序列比对和进化树分析表明,LxAPN1与舞毒蛾的LdAPN1高度同源,在N-端都具有信号肽,都具有锌结合位点HEXXH（X₁₈）E以及保守区域GAMENWG,在末端具有GPI结合位点;LxAPN1在木毒蛾卵期无表达,在所有幼虫阶段中均有表达,幼虫期过后LxAPN1表达量锐减;LxAPN1在肠道的表达量明显高于头部和表皮。  结论  LxAPN1在木毒蛾中肠被成功克隆,LxAPN1与LdAPN1高度同源,并且在进化树的分布上也极其相近,推测两者的APN1功能上近似;LxAPN1在木毒蛾2龄幼虫期表达量最高。并且在6龄幼虫肠道中表达量最高,肠道高表达与LxAPN1作为Bt受体在木毒蛾中肠发挥作用息息相关。      

昆虫Bt作物抗性与中肠类钙粘蛋白的关系

Bt作物已在世界范围内广泛种植,为有效控制害虫的危害发挥了重要作用。靶标害虫的抗性问题是影响Bt作物长期利用的关键因素。通过分析Bt Cry1A毒素的主要受体类钙粘蛋白（cadherin-like）的生物学特性及其与Bt毒素的结合作用,讨论类钙粘蛋白基因突变与Bt抗性的关系,综述了基于基因突变的抗性分子检测技术的研究进展。     

昆虫对Bt毒素抗性研究进展

从Bt毒素杀虫机理、受体类型、昆虫对Bt毒素抗性机理及遗传特性等方面进行了综述,总结了近年来关于昆虫对Bt毒素抗性的研究进展情况,并对其研究前景进行了展望。     

棉铃虫中肠Cry1A受体蛋白氨肽酶N1在Tn细胞系的表达

 【目的】将棉铃虫中肠Bt受体蛋白在真核表达系统中成功表达。【方法】用PCR方法分别扩增出对Cry1Ac毒素敏感和抗性棉铃虫的中肠氨肽酶N1（APN1）基因的去信号肽片段,将其克隆至pUC 19载体,测定核酸序列后,克隆入Bac-to-Bac表达系统中杆状病毒转移载体pFastBacHTB中多角体基因启动子的下游,筛选出重组质粒pFastBacHTB/APN1并转化大肠杆菌DH10Bac,在体内进行重组,经抗性和蓝白斑筛选,获得杆状病毒重组载体Bacmid/APN1。转染粉纹夜蛾（Trichoplusia ni）细胞（Tn-5B1-4）,获得含APN1基因的重组杆状病毒,重组病毒感染Tn细胞后,得到表达的蛋白。【结果】SDS-PAGE分析和点杂交显示,目的基因得到了成功表达。【结论】APN1基因在Tn细胞中成功表达,为今后继续研究其功能和与抗性的关系奠定了基础。     

蛋白质工程在苏云金芽胞杆菌Cry毒素改良中的应用

Bt微生物制剂和转基因抗虫作物已经在全球范围内取得了巨大成功,但是Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限以及害虫对Bt毒素的抗性风险上升等诸多问题,将严重制约Bt在未来农业生产中进一步发挥巨大作用。利用理性设计、非理性设计等蛋白质工程技术对Bt Cry蛋白进行改造是解决这些问题的新途径。通过总结蛋白质工程在Cry毒素改良中的应用情况,分析了存在的问题,并对未来发展动向进行了展望。     

苏云金芽孢杆菌杀虫机理及害虫对其抗性机制的研究进展

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫晶体蛋白具有高度专一性,其只对靶标害虫有效,对天敌等其他昆虫无害,转Bt基因植物和Bt杀虫剂是目前世界上产量最大、应用最广泛的生物防治技术。通过对Bt的发现和分类、Bt的结构与功能、Bt毒蛋白的杀虫机理、昆虫对Bt的抗性机制及昆虫体内Bt受体蛋白与抗性的关系等研究现状的论述与分析,对Bt作物害虫抗性治理策略和前景进行了展望。     

美国白蛾中肠受体蛋白HcABCC4与Bt Cry9Ea10结合特性分析

为明确苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis Cry9Ea10毒素蛋白对美国白蛾（Hyphantria cunea）的作用,本研究测定了其对美国白蛾四龄幼虫的活性,采用邻接法构建了美国白蛾中肠受体蛋白HcABCC4系统发育树;Ligand blot和ELISA试验研究了Bt Cry9Ea10毒蛋白与HcABCC4受体蛋白间的结合能力;利用HcABCC4基因dsRNA,采用注射法比较了基因沉默前后Cry9Ea10毒素对美国白蛾的毒力变化。结果表明,Bt Cry9Ea10蛋白对美国白蛾幼虫有杀虫活性,毒力回归方程为y=-4.61+2.28x,LC50和LC70值分别为115.60和177.58μg/mL。美国白蛾HcABCC4氨基酸序列（GenBank登录号：MW727508.1）与夜蛾科棉铃虫Helicoverpaarmigera(XM049842273.1)、美洲棉铃虫H.zea(XM047179823.1)、草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(XM035574947.2)、斜纹夜蛾S.litura(KP335688.1)的ABCC4氨基酸序列聚为...     

Glycolipids as receptors for Bacillus thuringiensis crystal toxin

The development of pest resistance threatens the effectiveness of Bacillus thuringiensis (Bt) toxins used in transgenic and organic farming. Here, we demonstrate that (i) the major mechanism for Bt toxin resistance in Caenorhabditis elegans entails a loss of glycolipid carbohydrates; (ii) Bt toxin directly and specifically binds glycolipids; and (iii) this binding is carbohydrate-dependent and relevant for toxin action in vivo. These carbohydrates contain the arthroseries core conserved in insects and nematodes but lacking in vertebrates. We present evidence that insect glycolipids are also receptors for Bt toxin.     

Expression of Aminopeptidase N1 （APN1）, the Main Receptor Protein for Bacillus thuringiensis CrylA Toxin from Helicoverpa armigera Larval Midgut in Trichoplusia ni cells

The aim of this article is to successfully express the Bt （Bacillus thuringiensis） toxin receptor protein located on the internal membrane of larval midgut of cotton bollworm （Helicoverpa armigera Hübner） within eukaryotic expression system, which is one of the key links for clarifying the relationship between receptor and Bt resistance. The fragments of aminopeptidase N1 （APN1） gene without signal peptide in the susceptible and the resistant H. armigera were cloned separately using PCR method, and were separately cloned into pUC 19 vector. After sequencing the gene, the fragments encoding for APN1 without signal peptide were cloned into the Bac-to-Bac baculovirus expression system with transfer vector pFastBacHTB under the polyhedron gene promoter. The recombinant transposing plasmid pFastBacHTB/APN1 was screened and then transformed into Escherichia coli DH10Bac. It was cultured in LB medium, which contained Te, Kan, Ge, X-gal, and IPTG. The resulting recombinant bacmid was transfected into cells of the insect Trichoplusia ni and recombinant baculoviruse was obtained. The lysate of cells infected with recombinant baculoviruse was analyzed by SDS-PAGE and blot analysis. The results showed that the recombinant baculoviruse was fully capable of expressing APN1. The APN1 gene successfully expressed in T. ni cell established the base for continuing the research on its function and relationshio of resistance with Bt.     

苏云金芽孢杆菌的概况及其研究进展

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫剂是对人和环境友好的安全型细菌杀虫剂。目前Bt杀虫剂已被广泛应用,但因使用剂量较大,导致防治害虫时费用过高。若在生物防治中使用超高效的细菌杀虫剂,就可降低其使用剂量。Bt 00-50-5菌株是从美国引进的高效杀虫菌株,其晶体蛋白的特征分析尚未完成,其毒素的作用机理研究也未进行。本项目即将开展如下研究:(1)先用具有特异性杀虫功能的Bt 00-50-5菌株进行发酵,继续完成对防治中国害虫防治效果的评价;再分析细菌的编码杀虫毒素基因和毒素的生化特征;然后混合荧光标记毒素和中肠细胞,加入昆虫中肠蛋白酶(或单独加入氨肽酶、碱性磷酸酶、ATP酶、枯草杆菌蛋白酶、钠或钾离子代之)反应,用荧光显微镜观察细胞变化;最后阐明杀虫毒素对靶标细胞作用机制。(2)通过研究毒素分子与受体分子的作用关系,拟在分子水平上阐明毒素的作用机制。     

Engineering modified Bt toxins to counter insect resistance

The evolution of insect resistance threatens the effectiveness of Bacillus thuringiensis (Bt) toxins that are widely used in sprays and transgenic crops. Resistance to Bt toxins in some insects is linked with mutations that disrupt a toxin-binding cadherin protein. We show that susceptibility to the Bt toxin Cry1Ab was reduced by cadherin gene silencing with RNA interference in Manduca sexta, confirming cadherin's role in Bt toxicity. Native Cry1A toxins required cadherin to form oligomers, but modified Cry1A toxins lacking one alpha-helix did not. The modified toxins killed cadherin-silenced M. sexta and Bt-resistant Pectinophora gossypiella that had cadherin deletion mutations. Our findings suggest that cadherin promotes Bt toxicity by facilitating toxin oligomerization and demonstrate that the modified Bt toxins may be useful against pests resistant to standard Bt toxins.     

转基因抗虫玉米Bt毒蛋白的时空表达分析

对2个转Bt基因玉米抗虫系株系进行Bt毒蛋白表达量的分析测定。结果显示,转基因株系中的毒蛋白可以在其后代稳定的遗传和表达,毒蛋白的表达为组成性表达,在玉米的各个发育时期和植株的各个部位均有表达,但其表达的量有显著差异,毒蛋白表达量随着植株的生长而减少,比较植株的各个器官,叶片毒蛋白含量最高,茎次之,根、种子和花丝中的毒蛋白含量较少。     

Identification of a gene associated with Bt resistance in Heliothis virescens

Transgenic crops producing insecticidal toxins from Bacillus thuringiensis (Bt) are widely used for pest control. Bt-resistant insect strains have been studied, but the molecular basis of resistance has remained elusive. Here, we show that disruption of a cadherin-superfamily gene by retrotransposon-mediated insertion was linked to high levels of resistance to the Bt toxin Cry1Ac in the cotton pest Heliothis virescens. Monitoring the early phases of Bt resistance evolution in the field has been viewed as crucial but extremely difficult, especially when resistance is recessive. Our findings enable efficient DNA-based screening for resistant heterozygotes by directly detecting the recessive allele.