苏云金芽胞杆菌Vip3Aa11蛋白C端点突变对其杀虫活性的影响

为研究Vip3Aa11羧基端对其杀虫活性和敏感性的影响,本研究利用定点突变技术构建了Vip3Aa11的3个突变体S543N、D547E和T681V。经SDS-PAGE分析证实3个突变体蛋白均能在大肠杆菌中表达分子量约88 kD的目的蛋白,生物活性测定显示,与Vip3Aa11相比,突变体S543N对甜菜夜蛾Helicoverpa armigera的杀虫活性提高了5倍。突变体D547E对甜菜夜蛾杀虫活性显著降低。突变体S543N、D547E和T681V对棉铃虫Spodoptera exigua的杀虫活性无明显变化。说明Vip3Aa11 C端部分氨基酸的定点突变对其杀虫活性有影响,且对不同害虫的杀虫活性变化趋势不同。本研究比较了Vip3Aa11蛋白与突变蛋白之间杀虫活性的差异,为研究Vip3Aa类蛋白的结构和机理奠定基础。     

Cry9Aa3蛋白对小菜蛾和亚洲玉米螟的最小活性区研究

为了确定Cry9Aa3蛋白对亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)和小菜蛾(Plutella xylostella)的最小活性区,根据NCBI BLAST比对结果与SWISS-MODEL同源建模结果,设计了12对截短引物,以cry9Aa3全长序列为模板,扩增出了12种不同截短片段,与pEB载体重组后的阳性克隆,转入大肠杆菌(Escherichia coli)菌株Rosetta(DE3)诱导表达,提取蛋白。对小菜蛾和亚洲玉米螟的生物学活性测定,发现截短蛋白Cry9Aa3-45~700、Cry9Aa3-1~654,对小菜蛾和亚洲玉米螟有较高的活性,其中截短蛋白Cry9Aa3-45~700对小菜蛾和亚洲玉米螟的LC50分别为5.27、7.56μg/g,截短蛋白Cry9Aa3-1~654对小菜蛾和亚洲玉米螟的LC50分别为7.76、7.79μg/g,与阳性对照无显著差异,而截短蛋白Cry9Aa3-1~653和Cry9Aa3-46~700(LC50200μg/g)对幼虫几乎丧失生物学活性。这说明Cry9Aa3蛋白对小菜蛾和亚洲玉米螟的杀虫活性区相同,最小活性区位于45I和654P之间。     

苏云金芽孢杆菌cry9Aa基因的克隆、表达及活性分析

为了解决目前广泛使用的cry1A类基因的抗性问题,获得对鳞翅目害虫高效杀虫基因,从菌株SC5D2和T03C001中鉴定并克隆到了2个新型cry9Aa基因,被Bt国际命名委员会分别正式命名为cry9Aa3和cry9Aa4,并进一步对其编码的蛋白进行活性测定。结果显示,2个基因对小菜蛾、玉米螟均具有较高的杀虫活性,其中对小菜蛾的LC50分别为1.83μg/mL和1.90μg/mL,对玉米螟的LC50分别为6.93μg/mL和1.06μg/mL。同时,两种Cry9Aa蛋白对Cry1Ac抗性小菜蛾都具有较高的杀虫活性,LC50分别为1.74μg/mL和1.39μg/mL,与敏感小菜蛾杀虫活性测定数据相当,表明Cry9Aa与Cry1Ac没有交互抗性。     

Cry类和Vip3Aa类Bt杀虫蛋白对亚洲玉米螟的毒力和增效作用

筛选对靶标害虫高效的Bt杀虫蛋白、评价蛋白组合对靶标害虫的杀虫作用,对于转基因抗虫新品种的研发具有重要的指导意义。本文采用人工饲料混合法评价了Cry1Ab、Cry1Fa、Cry1Ca、Cry1Ba、Cry2Aa、Vip3Aa11、Vip3Aa20、Vip3Aa19共8种Bt杀虫蛋白对亚洲玉米螟的毒力;同时评估了Cry1Ab/Vip3Aa19、Cry1Fa/Vip3Aa19混合蛋白对亚洲玉米螟的杀虫作用,筛选出毒力最佳的组合比例。结果表明：Cry1Ab、Cry1Fa、Cry2Aa对亚洲玉米螟的LC₅₀在0.24～0.72μg/g之间,其中Cry1Ab的毒力最强,显著高于Cry1Fa和Cry2Aa蛋白,Cry1Fa与Cry2Aa毒力无显著性差异。Cry1Ca、Cry1Ba、Vip3Aa11、Vip3Aa20、Vip3Aa19对亚洲玉米螟的LC₅₀均大于50μg/g。当Cry1Ab/Vip3Aa19、Cry1Fa/Vip3Aa19混合比例为1∶1时,增效作用最强,增效因子分别为3.18和1.58。本研究结果为多价转基因玉米的研发提供了重要依据。     

对小菜蛾协同增效的Cry1和Cry9类蛋白组合的筛选

为筛选对小菜蛾具有协同增效作用的苏云金芽胞杆菌Cry蛋白组合,本研究在单独测定对重要蔬菜害虫小菜蛾具有高毒力的Cry1Ai、Cry1Ea和Cry9Aa蛋白杀虫活性的基础上,把Cry1Ai+Cry1Ea、Cry1Ea+Cry9Aa、Cry1Ai+Cry9Aa蛋白进行不同比例的混配,测定其对小菜蛾的毒杀作用.结果发现Cry1Ai+Cry1Ea有相加作用.Cry1Ea+Cry9Aa蛋白和Cry1Ai+Cry9Aa蛋白均在1∶1混配时增效因子最高,分别为6.67和9.06;后两种组合表现出了显著的协同增效作用.本研究获得的两种高效组合将为转基因抗虫植物的研发提供新的基因来源,有望在治理对Cry1A类蛋白产生抗性的害虫中发挥重要的作用.     

苏云金芽孢杆菌Cry1Ie1蛋白末端缺失的研究

通过PCR扩增法 ,以cry1Ie1全长基因为模板 ,分别得到不同末端缺失的基因片段 ,转化大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达 ,得到 6种末端缺失蛋白。对小菜蛾生物测定结果表明 ,缺失蛋白IE659、IE656分别缺失了C末端60个和63个氨基酸残基 ,对小菜蛾的杀虫活性与Cry1Ie1全长蛋白相当 ;IE648、IE045分别缺失了C末端 71个氨基酸残基和N末端缺失44个、C末端缺失63个氨基酸残基 ,对小菜蛾的活性提高了50% ;IE633、IE105分别缺失了C末端 86个氨基酸残基和N末端缺失 104个、C末端63个氨基酸残基 ,丧失了对小菜蛾的活性。试验明确Cry1Ie1蛋白的最小活性区N端在45～104氨基酸位点之间 ,C端在633～648氨基酸位点之间。     

对绿盲蝽具有杀虫活性Bt菌株的筛选及Cry15Aa蛋白活性的研究

Bt棉有效控制了棉田主要害虫棉铃虫(Helicoverpa armigera),然而原来处于次要地位的刺吸式口器害虫盲蝽(Heteroptera:Miridae)为害逐年加重,目前对绿盲蝽(Apolygus lucorum Meyer-Dür)有效的抗虫基因未见报道。本研究以本实验室保存的Bt杀虫基因和菌株为材料,对绿盲蝽进行杀虫活性筛选。利用本实验室先前克隆的Mtx类杀虫基因cry15Aa表达产物进行绿盲蝽杀虫活性测定,研究结果显示Cry15Aa蛋白对绿盲蝽具有一定的杀虫活性。通过杀虫活性测定,获得对绿盲蝽有效的Bt菌株20株;对这些菌株表达蛋白进行质谱鉴定,LC-MS/MS质谱鉴定结果显示,这些菌株可能含有Cry1Aa、Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Ae、Cry1Af、Cry1Ag、Cry1Ah、Cry1Ba、Cry1Be、Cry8Ha等十余种对鳞翅目、鞘翅目害虫有杀虫活性的蛋白片段,并且有4株Bt菌株样品中检出了Mtx类杀虫蛋白Cry15Aa的片段。但是进一步基因鉴定结果表明,这4株菌株并不含有cry15Aa全长基因,推测这些菌株中含有Cry15类的新基因。上述研究结果表明这些菌株中可能存在对盲蝽有效的新型杀虫蛋白。本研究在发现了cry15Aa基因所表达的蛋白对绿盲蝽具有杀虫活性的同时,获得了对绿盲蝽具有杀虫活性的Bt新菌株,对绿盲蝽的生物防治具有重要的意义。     

对黏虫具有杀虫活性的Bt蛋白筛选及分析

为筛选对黏虫[Mythimna separata(Walker)]具有毒杀作用的苏云金芽胞杆菌杀虫蛋白,本研究提取Cry1类、Cry2类、Cry9类及Vip3A类等11种蛋白,通过人工饲料喂毒方法对黏虫进行生物活性测定。结果表明,Cry1Ac、Cry1Ab、Cry2Ab、Cry1Be及Cry1Bb蛋白对黏虫具有杀虫活性,其致死中浓度依次为5.09、17.71、26.75、27.42及43.93μg/g;Cry9Aa、Cry9Eb、Cry9Ee蛋白对黏虫生长具有抑制作用,其浓度为10μg/g时的体重抑制率分别为78.4%、79.0%、86.9%,浓度为100μg/g时的体重抑制率分别为92.8%、95.7%、96.7%;Cry1Ba、Cry1Ca和Vip3Aa蛋白对黏虫无显著活性。本研究为黏虫的生物防治奠定了基础,并为抗虫转基因作物的研究提供优良的候选基因。     

苏云金芽胞杆菌cry1Ie新基因的克隆、表达与生物活性测定

为获得新的鳞翅目害虫杀虫基因,根据已知cry1I类基因编码区设计简并引物,采用直接克隆法,以苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株BN23-5质粒DNA为模板进行扩增,并对得到的基因进行鉴定和分析。结果表明:克隆得到一个完整的cry1Ie基因,全长2 160 bp,由719个氨基酸组成,该氨基酸序列与已知的4种Cry1Ie蛋白不同,与Cry1Ie2和Cry1Ie3的氨基酸序列同源性最高,为95.4%,被国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会命名为Cry1Ie5(登录号为KJ710646)。将该基因插入表达载体p ET-28a,转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG低温诱导成功表达,SDS-PAGE电泳验证其大小为81 k D,与预测的分子量相符合。生物活性测定表明,Cry1Ie5表达的包涵体蛋白对小菜蛾和亚洲玉米螟具有杀虫活性,LC_(50)分别为0.43μg/m L和48.39μg/m L;对棉铃虫的致死率不高,但能明显抑制其生长;对甜菜夜蛾没有杀虫活性。     

Cry1Ba3蛋白对亚洲玉米螟杀虫活性测定及其与BBMVs的结合分析

提取并纯化Cry1Ba3蛋白截短片段,用饲喂人工饲料的方法对亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）初孵幼虫进行生物活性测定。结果显示,Cry1Ba3截短片段对亚洲玉米螟有良好的杀虫活性（LC50=5.29 μg/g,95%置信限为3.96～7.10 μg/g）。而纯化的Cry1Ac蛋白60 ku的活性片段对亚洲玉米螟初孵幼虫的杀虫活性LC50为0.83 μg/g。提取亚洲玉米螟5龄幼虫的BBMVs,用纯化的Cry1Ba3和Cry1Ac蛋白进行竞争结合试验,结果显示Cry1Ba3与Cry1Ac在亚洲玉米螟中肠的结合没有竞争作用,说明两种毒素在亚洲玉米螟BBMVs上可能存在不同的受体。     

Cry1Ba3、Cry1Ia8蛋白对Cry1Ac抗性小菜蛾的杀虫活性研究

利用2种苏云金芽胞杆菌原毒素Cry1Ba3、Cry1Ia8及其组合,分别对Cry1Ac抗性种群小菜蛾幼虫进行生物活性测定。结果表明Cry1Ba3、Cry1Ia8对2种目标试虫均有高毒力,LC50分别为0.2175、0.6706μg/mL;Cry1Ba3毒力3倍于Cry1Ia8。2种蛋白混配的结果也表现出高毒力,LC50为0.4375μg/mL,没有显著的协同增效作用,也不存在拮抗。敏感与抗性小菜蛾种群生测结果统计分析比较,结果表明这2种蛋白及其组合与Cry1Ac并无交互抗性。     

Bt菌株FB的生物学特性及其cry、vip基因型鉴定

菌株FB是1株对小菜蛾Plutella xylostella幼虫具有高毒力的苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis （Bt）。本研究通过扫描电子显微镜、大质粒电泳、总蛋白SDS-PAGE及菌株生长特征观察的方式研究了菌株FB特征,克隆得到了基因cry1Ia、cry1Ea、cry1Ab、cry2Ab和vip3Aa全长,依据全基因组测序结果得到了1个cry8基因部分片段,首次在Bt菌株中同时发现基因cry1类和cry8类,这五种基因推导的氨基酸序列与已知基因序列相比,最高相似性分别为99%、98%、99%、100%、99%,而cry8半长基因与已知基因仅为63%。生测结果表明,蛋白Cry1Ia、Cry1Ea和Cry1Ab对小菜蛾幼虫具有较高杀虫活性。     

北京植物园苏云金芽胞杆菌菌株的分离鉴定

[目的]从北京植物园采集的土壤样品中分离高毒力的苏云金芽胞杆菌.[方法]采用温度法筛选Bt菌株,比对大质粒DNA图谱,区分不同类型的Bt菌株,PCR-RFLP方法对cry1～cry40类基因型进行鉴定,SDS-PAGE分析杀虫晶体蛋白,测定Bt分离株对大猿叶甲、小菜蛾幼虫的杀虫活性,筛选出高毒力的菌株.[结果]从149份土壤样品中分离出147株Bt,分为12种类型,含有菱形、方形、球形和不规则等晶体类型;6株菌中分别含有fry1Aa、cry1Ab、cry1Ac、cy1Ah、cry1Ba、cry1Be、cry1Ia、cry1La、cry2Ab和cry7Aa等基因类型,其余6株中不含有已知基因.有9株表达约130 ku蛋白,1株表达约70 ku蛋白,2株表达约150 ku蛋白,有3株既表达130 ku蛋白又表达60 ku蛋白;发现一株对大猿叶甲具有较高毒力的菌株ZWY-7,1株对小菜蛾有高毒力的菌株ZWY-9,2株菌都没有检测到已知基因型.[结论]北京植物园中Bt分布广泛,类型多样,其中发现两株高毒力的菌株,有望获得新的杀虫基因.     

Increased toxicity of Bacillus thuringiensis Cry3Aa against Crioceris quatuordecimpunctata,Phaedon brassicae and Colaphellus bowringi by a Tenebrio molitor cadherin fragment

BACKGROUND: Biopesticides containing Cry insecticidal proteins from the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) are effective against many lepidopteran pests, but there is a lack of Bt‐based pesticides for efficient control of important coleopteran pests. Based on the reported increase in Bt toxin oligomerization by a polypeptide from the Cry3Aa receptor cadherin in Tenebrio molitor (Coleoptera: Tenebrionidae), it was hypothesized that this cadherin peptide, rTmCad1p, would enhance Cry3Aa toxicity towards coleopteran larvae. To test this hypothesis, the relative toxicity of Cry3Aa, with or without rTmCad1p, against damaging chrysomelid vegetable pests of China was evaluated. RESULTS: Cry3Aa toxicity was evaluated in the spotted asparagus beetle (Crioceris quatuordecimpunctata), cabbage leaf beetle (Colaphellus bowringi) and daikon leaf beetle (Phaedon brassicae). To assess the effect of rTmCad1p on Cry3Aa toxicity, neonate larvae were fed Cry3Aa toxin alone or in combination with increasing amounts of rTmCad1p. The data demonstrated that Cry3Aa toxicity was significantly increased in all three vegetable pests, resulting in as much as a 15.3‐fold increase in larval mortality. CONCLUSION: The application of rTmCad1p to enhance Cry3Aa insecticidal activity has potential for use in increasing range and activity levels against coleopteran pests displaying low susceptibility to Bt‐based biopesticides. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

Bacillus thuringiensis Cry1Ab, but not Cry1Aa or Cry1Ac, disrupts liposomes

We evaluated the ability of Cry1Aa9, Cry1Ab4, and Cry1Ac1 insecticidal toxins from Bacillus thuringiensis to destroy liposomes. Cry1A toxins are thought to form pores in midgut apical cell membranes (BBMV), thereby disrupting midgut cells. Liposomes containing fluorescent calcein were prepared using phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylserine (PS) (PC/PS-Liposomes) or PC alone (PC-Liposomes). Cry1Ab (1.4 μM), but not Cry1Aa or Cry1Ac, disrupted PC/PS-Liposomes and PC-Liposomes. PC/PS-Liposomes containing cholesterol and oligosaccharylceramide from Plutella xylostella midgut were damaged even more extensively by Cry1Ab, but the inclusion of either lipid alone had no effect. The initial velocity of Cry1Ab-mediated liposome disruption increased 17-fold when liposomes were prepared with Triton X-100-soluble proteins from Bombyx mori BBMV and PC (PC/Proteo-Liposomes), and Cry1Aa and Cry1Ac also caused slight disruption. These data suggest that Cry1Ab achieves higher penetration into PC/PS-Liposomes, PC-Liposomes, and PC/Proteo-Liposomes compared with Cry1Aa or Cry1Ac and that Cry1Ab may interact with membrane proteins.     

PTD-Cry3Aa原核融合表达产物对甘薯小象甲的活性研究

为探讨TAT PTD对苏云金杆菌鞘翅目特效基因CryAa是否具有协同作用,本试验在实现了融合基因TAT PTD-Cry3Aa大肠杆菌原核表达的基础上,以甘薯小象甲为生测对象测定了原核表达产物PTD-Cry3Aa与Cry3Aa的毒力。结果表明,用大肠杆菌表达的Cry3A和PTD-Cry3Aa包涵体初提物均对甘薯小象甲成虫和幼虫有杀虫活性,且表现出一定毒力增效作用,对成虫的增效倍数为2.01倍,对幼虫的增效作用更加明显,达到3.19倍。这一研究结果对于甘薯小象甲的生物防治研究以及转基因抗虫甘薯的研究具有重要的指导作用。