白星花金龟幼虫血腔注射干扰体系构建

本研究针对重要的农业害虫白星花金龟Protaetia brevitarsis幼虫,建立RNA干扰体系,以期为免疫相关基因功能研究奠定基础。通过血腔注射dsRNA,成功干扰了肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan-recognition protein LB,PGRP-LB)基因的表达,发现dsRNA注射量为9μg,注射后48 h取样,pgrp-lb基因沉默效率最高。通过血腔注射对白星花金龟无杀虫活性的Bt菌株G03,发现pgrp-lb基因沉默破坏了白星花金龟幼虫的免疫防御系统,显著提高了白星花金龟对G03菌株的敏感性。表达免疫识别基因dsRNA菌株的构建,将为白星花金龟的生物防治提供新思路。     

对草地贪夜蛾高毒力的苏云金芽胞杆菌菌株筛选与杀虫活性研究

草地贪夜蛾是一种世界性重大农业害虫，给玉米等多种主要粮食和经济作物造成严重危害。为实现对草地贪夜蛾的高效、绿色、持续防控，亟需筛选高毒力苏云金芽胞杆菌菌株资源。本研究以前期实验室储备的对斜纹夜蛾、小地老虎具有杀虫活性的363株野生菌株库为候选菌株，基于菌株杀虫基因差异及进化关系，去除冗余菌株后获得172株候选菌株。通过培养获取这些菌株胞晶混合物，进行杀虫蛋白定量后，测定杀虫活性，获得27株对草地贪夜蛾初孵幼虫具有较高杀虫活性的菌株，其中菌株B14-D2的杀虫活性最高，LC₅₀为0.155 μg/g。克隆了该菌株中的cry1Ea3基因并在HD73^-无晶体突变株中表达，Cry1Ea3蛋白对草地贪夜蛾初孵幼虫LC₅₀为1.789 μg/g。本研究为新的Bt产品和杀虫基因的开发利用提供了丰富资源。     

京郊西兰花小菜蛾的田间防治药剂筛选与评价

为评价高效氯氰菊酯、溴氰虫酰胺、苏云金杆菌、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、乙基多杀菌素等5种杀虫剂对小菜蛾的田间药效,本文采用喷雾法进行了田间试验。结果表明,10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂、6%乙基多杀菌素悬浮剂对小菜蛾在药后1~7 d的防效较好;32000 IU/mg苏云金杆菌可湿性粉剂、32000 IU/mg苏云金杆菌可湿性粉剂与10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂分别按50%推荐用量组成的1∶1的混配剂,药后1 d的防效仅在60%左右,速效性较差,但是药后3~7 d的防效较好。其中,混配剂药后3 d的防效高达90.70%。5%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐水分散粒剂和4.5%高效氯氰菊酯乳油在药后1~7 d的防效均较差。因此,在西兰花生产上可使用减量的溴氰虫酰胺与苏云金杆菌混配剂进行小菜蛾的防治,以达到农药减量增效防治小菜蛾的目的;在小菜蛾暴发时,可使用溴氰虫酰胺或乙基多杀菌素,以达到迅速防治的目的。     

苏云金芽胞杆菌Cry1Ba3 蛋白定点突变对杀小菜蛾活性的影响

Cry1Ba3是由本实验室发掘的对小菜蛾有高毒力的杀虫晶体蛋白。为了寻找对杀虫活性有重要影响的氨基酸,为杀虫机理研究和改造杀虫蛋白提供理论依据,本研究利用Ple Bio Informatique Lyonnais数据库对Cry1Ba3的二级结构进行模拟;采用BioEdit软件分析Cry1Ba3的疏水区;将Cry1Ba3与Cry1Aa1、Cry2Aa1、Cry3Aa1以及Cry4Ba1进行多序列比对,从而确定了20个氨基酸突变位点。利用半重叠引物PCR的方法对Cry1Ba3进行定点突变,将突变体在大肠杆菌BL21中进行诱导表达。通过浸叶法对各个突变蛋白杀小菜蛾的生物活性进行测定。获得的20个Cry1Ba3突变体均能在大肠杆菌BL21中表达,并以包涵体形式存在。杀虫活性测定结果表明M6(R192L)、M10(W303A)、M19(H485G)对小菜蛾的活性明显降低,二级结构预测表明活性降低的突变蛋白的构象均发生明显变化,其余17种突变蛋白的活性和二级结构都没有明显变化。说明第192位的精氨酸、第303位的色氨酸和第485位的组氨酸对Cry1Ba3的杀小菜蛾活性有重要影响,上述3个位点氨基酸突变引起的蛋白活性减低可能与毒素的空间结构变化有关。     

花生共生受体类蛋白激酶基因的克隆及生物信息学分析

共生受体类蛋白激酶（symbiosis receptor-like protein kinase, SYMRK）是控制植物与微生物共生的关键调控基因,利用基因组步移技术,克隆得到花生symrk的全长基因及其560 bp的ATG上游序列。采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的常规理化性质、跨膜结构域、亚细胞定位和高级结构等进行了预测和分析,结果表明Ah-symrk由15个外显子和14个内含子组成,cDNA全长3 042 bp,包含2 781 bp的ORF,编码926个氨基酸,为疏水性酸性蛋白质,定位于细胞膜;ATG上游序列包含3个与根特异表达有关的顺式作用元件root motif tapox1;RT-PCR验证,该基因在花生根中特异性表达。     

基于比较基因组学分析苏云金芽胞杆菌防治蛴螬的相关功能基因

为挖掘对地下害虫蛴螬高效的苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,简称Bt）菌株在杀虫及环境适应方面的关键功能基因,本研究对蛴螬高效的菌株261-1、Fcd114、1126-1、HBF-18和78-2以及对鳞翅目害虫高效菌株WBt-2、G03进行了基因组测序,并与对鳞翅目害虫高效菌株HD1、HD12、HD73和对蛴螬高毒力菌株Bt185等基因组进行了比较分析,重点分析比较了杀虫基因、多糖代谢相关基因、与其他微生物竞争和适应性相关的酰基高丝氨酸内酯水解酶（N-Acylhomoserine lactones hydrolase,aiiA）、突破和克服靶标昆虫免疫系统的免疫抑制因子A（Immune Inhibitor A,InhA）、具有抗病并能增效杀虫的双效菌素（Zwittermicin A,ZwA）等五大类基因和基因簇。研究发现,这些菌株按照其所含有的杀虫基因特异性可分为3个类型：对鳞翅目害虫有效的菌株（类型1）、对鞘翅目害虫有效的菌株（类型2）以及同时含有两种害虫有效基因的菌株（类型3）。对地下害虫蛴螬特异（类型2）的Bt菌株除了在杀虫基因上具有特异性之外,所含有的aiiA、InhA基因也有显著特点。相关研究为进一步对地下害虫蛴螬高效Bt菌株的改良提供了新思路。     

苏云金芽胞杆菌——开放的基因组与多种功能

苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)作为微生物杀虫剂,被广泛应用于农业、林业和卫生害虫的防治;而利用Bt杀虫基因研制的转基因植物,也在全球植物害虫防治中发挥了重要作用。近年来,随着科学技术的发展与社会需求的拓展,Bt新的功能被不断发掘出来。这些新的功能包括抗线虫、抗病杀菌、促进植物生长、环境修复等。本文从Bt的泛基因组结构及其遗传学特性分析入手,在详细介绍了近来Bt杀虫基因发掘进展的同时,分析了泛基因组与Bt新的功能之间可能存在的关系,旨在为我国Bt资源的研究与应用提供参考。     

含cry8型基因苏云金芽孢杆菌的分离和鉴定

为发掘对蛴螬有防治作用的苏云金芽孢杆菌及其cry基因,在河北省各县市共采集土壤样品254份,采用温度筛选法分离出Bt菌株42株,经PCR-RFLP方法鉴定,其中10株含有cry8型基因。这些菌株有如下特点：同一菌株含1种或多种质粒;PCR-RFLP鉴定证明有多种cry8基因存在,多数菌株中含2种cry8基因,如cry8E和cry8F常共存于同一菌株中;Cry8杀虫晶体蛋白分子量约为130~140 kDa,晶体形态均为球形。这10株菌采样地点分布于保定、衡水、邯郸、廊坊、唐山和邢台等地,植被类型多样化,说明cry8型Bt菌株在河北省分布广泛,可为蛴螬类害虫的防治提供丰富的Bt资源。     

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。     

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。