苏云金芽孢杆菌BtC008杀虫晶体蛋白基因鉴定、克隆及杀虫活性分析

苏云金芽孢杆菌BtC008对棉铃虫、小菜蛾和甜菜夜蛾等鳞翅目害虫具有高毒力。本文分析了其杀虫基因类型包括cry1Ab、cry1Ca、cry1Ia、cry2Ab和一种新的cry1类基因,SDS-PAGE分析其至少2种cry1类基因获得了表达,在分子水平说明了该菌株高毒力的原因。在此基础上克隆了1种cry1Ab类杀虫晶体蛋白(insecticidalcrystalproteins,ICPs)基因,并被Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会命名为cry1Ab20。序列分析显示该基因所编码蛋白与已知的Cry1Ab13有1个氨基酸不同。将cry1Ab基因毒性片段(1.95kb)插入表达载体pET-21b,转化EscherichiacoliRosetta(DE3)菌株,表达的包涵体蛋白对小菜蛾和棉铃虫幼虫具有杀虫活性,LC50分别为100.74μg/mL和29.87μg/mL,进一步明确了Cry1Ab20蛋白的杀虫活性区。     

苏云金芽孢杆菌BtC008杀虫晶体蛋白基区鉴定、克隆及杀虫活性分析

苏云金芽孢杆菌BtC008对棉铃虫、小菜蛾和甜菜夜蛾等鳞翅目害虫具有高毒力。本文分析了其杀虫基因类型包括cry1Ab、cry1Ca、cry1Ia、crygAb和一种新的cry1类基因，SDS-PAGE分析其至少2种cry1类基因获得了表达，在分子水平说明了该菌株高毒力的原因。在此基础上克隆了1种cry1Ab类杀虫晶体蛋白（insecticidal crystal proteins，ICPs）基因，并被Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会命名为cry1Ab20。序列分析显示该基因所编码蛋白与已知的Cry1Ab13有1个氨基酸不同。将cry1Ab基因毒性片段（1．95kb）插入表达载体pET-21b，转化Escherichia coli Rosetta（DE3）菌株，表达的包涵体蛋白对小菜蛾和棉铃虫幼虫具有杀虫活性，LC60分别为100．74μg／mL和29．87μg/mL，进一步明确了Cry1Ab20蛋白的杀虫活性区。     

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。     

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。     

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.     

苏云金芽孢杆菌菌株B-Pr-88的生物学特性

就自行分离的、对鳞翅目夜蛾科害虫具有高毒力的Bt菌株B-Pr-88的生物学特性进行了系统研究.B-Pr-88可形成菱形、球形和不规则形等多种形态的晶体,主要由130kDa和60kDa两种蛋白组成;酯酶型与标准菌株蜡螟亚种和库斯塔克亚种一致,同属于galleriae型;10项生理生化反应结果表明,B-Pr-88与标准菌株蜡螟亚种反应一致;B-Pr-88菌株至少含有3种大小不同的质粒,经PCR-RFLP鉴定该菌株至少包括cry2Ab、cry9Ba和多种cry1(包括cry1Cb、cry1Db、cry1Fb和cry1Gb)等6种不同的杀虫晶体蛋白基因.     

对大黑鳃金龟甲幼虫高效的苏云金芽胞杆菌筛选及cry基因鉴定

为获得对大黑鳃金龟甲幼虫具有较高杀虫活性的菌株,利用拌土法测定了本实验室分离的500株苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)对大黑鳃金龟甲的杀虫活性,建立Bt菌株比较鉴别技术来进行多样性分析,并对菌株的晶体形态及幼虫感染Bt后的中肠组织切片进行观察。结果显示,从500株Bt菌株中筛选到42株对大黑鳃金龟甲幼虫具有不同程度活性的菌株,分属于14个菌株类型;其中有10株校正死亡率大于60%,261-1菌株杀虫活性最高,7 d校正死亡率达100%。从14个菌株类型中各选取1个代表菌株进行基因鉴定,仅P65-1、1126-1、FCD114和78-2菌株分别含有cry8Ma、cry8Ca、cry8Ab、cry8Ga、cry8Ea共5个cry8类新基因,其它10个菌株均不含cry3、cry8、cry18、cry23、cry37、cry43等对鞘翅目害虫有效的杀虫基因。14个菌株中,78-3、127-2和1198-1菌株能产生双锥体型晶体,261-1、FCD114、P65-1、FTL84、78-2和1126-1菌株能产生球形晶体。幼虫感染261-1、1198-1、FCD114、1126-1、QDL40-2菌株后,中肠组织发生明显的病理变化:2 d时肠壁细胞明显出现空洞化,排列疏松,4 d时受到严重破坏并脱离底膜。表明筛选到的Bt菌株具有防治大黑鳃金龟甲幼虫的潜力。     

基于聚合酶链式反应-高通量测序(PCR-HTS)联用的cry2A基因鉴定方法

cry2基因对多种鳞翅目害虫具有高毒力,且与cry1A类基因无交互抗性,具有重要的应用价值。为了提高苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)cry2杀虫基因资源的筛选和鉴定效率,本研究分析了所有已报到的cry2A基因的保守区,设计了4对通用引物,对2000株Bt菌株基因组DNA混合样品进行了PCR扩增,并利用454高通量测序仪对这些混合扩增产物进行了测序。测序总量有280704条Reads,序列分析结果表明,这些Bt菌株中含有已知的所有9类cry2类基因,其中包括cry2Ae和cry2Ai这2类在国内Bt菌株中未见报道的基因;同时,发现了新型cry2类基因的片段;随后设计特异性引物,扩增获得了半长基因片段cry2-1和cry2-2,进一步利用重叠PCR法获得了全长新基因cry2X,该基因的编码区为1902 bp,编码633个氨基酸;其氨基酸序列与Cry2Ab13蛋白的相似性最高,为93%,属于第三等级的模式基因。建立聚合酶链式反应-高通量测序(polymerase chain reaction-high throughput sequencing,PCR-HTS)联用的基因鉴定方法,具有快速、灵敏、准确、高通量、覆盖范围广等优点,不仅可以对Bt菌株中已知杀虫基因进行鉴定,而且能够发现新的基因,将在Bt基因鉴定、发掘中发挥重要的作用。     

桂林喀斯特地貌分布区苏云金芽孢杆菌菌株的分离鉴定

从桂林喀斯特地貌分布区采集了165份天然土壤样品,从中分离出10株苏云金芽孢杆菌。光学显微镜观察发现有菱形、球形、不规则等晶体类型。通过核酸电泳比对其大质粒DNA的图谱来区分菌株的类型,发现该批菌株有良好的多样性。对这10株菌进行cry1、cry11、cry2、cry3、cry4、cry5、cry6、cry7、cry8、cry9、cry10类基因的PCR-RFLP鉴定,在8株菌中分别发现含有cry1、cry11、cry2、cry3等基因类型,而G4、G6菌株中不含有已知基因。SDS-PAGE分析了10株野生菌株的杀虫晶体蛋白表达谱,发现有10株表达约130kD蛋白,有3株既表达130kD蛋白又表达60kD蛋白。对大猿叶甲、小菜蛾进行了杀虫活性测定,发现了一株对大猿叶甲具有较高毒力的菌株G8,其LC50为48.2μg/ml,置信区间为9.6～1.4ml;有6株菌株对小菜蛾有高活性。     

不同条件下转cry1Ab基因玉米植株残体中杀虫蛋白降解动态

为明确转cry1Ab基因玉米植株残体中Cry1Ab杀虫蛋白在不同条件下的降解动态,选取转cry1Ab基因玉米MON810和Bt11,采用ELISA方法测定4种条件下秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白的残留量。结果表明,在不同条件、不同取样时间,2种玉米秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白的残留量差异显著;整株秸秆中的Cry1Ab杀虫蛋白降解速度比粉碎后的慢;秸秆粉碎埋入土壤后播种冬小麦,玉米秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白降解速度最快,且可完全降解;在不同条件下,MON810玉米秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白的降解速度比Bt11玉米慢,MON810和Bt11玉米秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白的DT50分别为10.2~207.8、13.6~124.0 d,DT90分别为185.1~368.3、45.2~224.0 d。研究表明,在不同条件下MON810和Bt11玉米秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白的降解速度不同,依次为秸秆粉碎后埋在土壤后种植冬小麦秸秆粉碎埋在玉米田土壤中秸秆粉碎后放在地表整株秸秆放在地表。     

苏云金芽胞杆菌一新菌株的鉴定及其杀虫活性

为分离并鉴定对亚洲玉米螟具有高毒力的苏云金芽胞杆菌菌种,通过棋盘式采集法从吉林省农业科学院试验田土壤中分离获得野生菌株,进行了形态、生化特性、伴孢晶体观察及基因型鉴定,并测定了其对3种鳞翅目害虫的室内生物活性。结果显示:该菌株在LB培养基上为圆形、暗白色菌落,边缘不整齐,革兰氏染色阳性,产生的伴孢晶体形状多为不规则形。16S r DNA序列与苏云金芽胞杆菌属的NBRC 13865同源性达99%;该菌株为cry2+cry9复合基因型,编码氨基酸序列与Cry2Ab和Cry9Ea蛋白同源性分别为94%和99%,鉴定为苏云金芽胞杆菌,命名为JN001。该菌株对亚洲玉米螟具有较高毒性,以1.0×109个/m L菌体浓度接种3龄幼虫72 h后,其校正死亡率为95.06%,致死中浓度(LC50)为4.12×103个/m L菌体,而对斜纹夜蛾和粘虫毒性较弱,接种72 h后校正死亡率分别为12.88%和7.34%。表明该菌株是1株对亚洲玉米螟具有较强毒力的苏云金芽胞杆菌新菌株,具有较好的开发利用潜力。     

转cry1Ab/cry2Aj玉米对亚洲玉米螟的抗性评价

为探讨转cry1Ab/cry2Aj玉米对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)的抗性,采用室内生测和田间人工接虫鉴定方法评价了6个转cry1Ab/cry2Aj玉米品系对亚洲玉米螟的杀虫效果,并利用酶联免疫吸附法(ELISA)测定了Cry1Ab蛋白在各品系主要组织的表达水平.结果显示,亚洲玉米螟幼虫取食转基因玉米各品系雄穗、苞叶、花丝和雌穗48 h后死亡率在90％左右,取食心叶的死亡率在70％左右,96h后大部分幼虫死亡,而取食非转基因玉米的死亡率为3.3％～8.7％;春播和夏播田转基因玉米叶片、茎秆、雌穗基本没有被害,而对照玉米叶片、茎秆、雌穗被害严重,春播和夏播玉米平均每株分别有2.9、2.3头幼虫和蛹,2.8、3.4个蛀孔,隧道长度为7.5、14.2 cm,雌穗被害级别为5.3和5.1;6个转基因玉米品系中Cry1Ab蛋白在心叶、雄穗、花丝、苞叶和雌穗中稳定表达.综合评价认为,转基因玉米各品系在整个生育期内对亚洲玉米螟有很好的抗性,其中N50品系抗虫效果最佳,可以作为抗虫转多基因玉米育种的备选材料.     

Characterisation and toxicity of Bacillus thuringiensis strains from hazelnut pests and fields

BACKGROUND: In order to find and identify more toxic insecticidal Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) strains, a survey was carried out of B. thuringiensis isolate pests belonging to Coleoptera, Lepidoptera and Diptera and from soils in hazelnut fields. Of 16 isolates having Bacillus cereus‐B. thuringiensis morphology, eight were classified as B. thuringiensis because of the production of parasporal δ‐endotoxin crystals. RESULTS: In this study, eight isolates of B. thuringiensis from hazelnut pests (isolates Bn1, Mm2, Mnd and Xd3) and from hazelnut soils (isolates 6, 27, 40 and 46) have been characterised in detail. These isolates were compared with reference strains by electron microscopy, SDS‐PAGE analysis, cry gene content, serological test and insecticidal activity. CONCLUSION: Results indicate that Bn1 and MnD are B. thuringiensis subsp. kurstaki, and Mm2 and Xd3 are B. thuringiensis subsp. tenebrionis. In addition, isolate 6 is B. thuringiensis subsp. israelensis, isolates 27 and 46 are B. thuringiensis subsp. kumamotoensis and isolate 40 is B. thuringiensis subsp. indiana. The four B. thuringiensis isolates from hazelnut pests may be valuable as biological control agents against coleopteran and lepidopteran insects. Copyright © 2009 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.     

工程菌所产黑色素对苏云金芽孢杆菌毒力的保护作用

对基因工程菌Escherichia.coli fss6所产黑色素进行了紫外保护研究。结果表明:添加黑色素的苏云金芽孢杆菌(Bt)经紫外照射后菌体的存活率是不加黑色素菌体的8倍;黑色素能有效保护Bt的晶体毒素蛋白免受紫外照射的降解;随着被照射菌体中黑色素浓度的增加,其杀虫活性也相应提高。     

Binding of three Cry1A toxins in resistant and susceptible strains of cotton bollworm (Helicoverpa armigera)

Evolution of resistance by pests is the greatest threat to the continuous success of theBacillus thuringiensis (Bt) toxins used in conventional sprays or in transgenic plants. The most common mechanism of insect resistance to Bt is reduced binding of toxins to target sites in the brush border membrane of the larval mid-gut. In this paper, binding experiments were performed with three ¹²⁵I-Cry1A toxins and the brush border membrane vesicles from Cry1Ac resistant or susceptible strains of Helicoverpa armigera. The homologous competition test showed that there was no significant difference in Cry1Ac-binding affinity, but the concentration of Cry1Ac-binding sites dramatically decreased in the resistant strain (R_t decreased from 5.87 ± 1.40 to 2.23 ± 0.80). The heterologous competition test showed that there were three Cry1Ac-binding sites in the susceptible strain. Among them, site 1 bound with all three Cry1A toxins, site 2 bound with both Cry1Ab and Cry1Ac, and site 3 only bound with Cry1Ac. In the Cry1Ac resistant strain, the binding capability of site 1 with Cry1Ab decreased and site 2 did not bind with Cry1Ac. It is suggested that the absence of one binding site is responsible for H. armigera resistance to Cry1Ac. This result also showed that the resistance fitted the “mode 1” pattern of Bt resistance described previously.     

转cry1Ab/cry2Aj、cry1Ab/vip3DA玉米对棉铃虫、甜菜夜蛾和斜纹夜蛾的抗虫性评价

为评估转cry1Ab/cry2Aj、cry1Ab/vip3DA玉米对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)、甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)和斜纹夜蛾Prodenia litura(Fabricius)的抗虫性,在室内测定了3个转cry1Ab/cry2Aj玉米品系和1个转cry1Ab/vip3DA玉米品系对3种害虫幼虫存活和生长发育的影响,研究了该系列Bt玉米不同组织器官对害虫的杀虫活性和控制效果。结果显示,棉铃虫初孵幼虫取食各品系Bt玉米叶片96h后死亡率为87.50%~90.00%,取食花丝和雌穗的幼虫96h后几乎全部死亡;甜菜夜蛾初孵幼虫取食各品系Bt玉米叶片、花丝和雌穗168h后死亡率为22.50%~68.33%,幼虫的生长发育受到明显抑制,体重抑制率达85.00%~95.00%;斜纹夜蛾初孵幼虫取食各品系Bt玉米叶片、花丝和雌穗96 h后死亡率显著高于非转基因亲本对照,168h后幼虫死亡率达90.00%以上。研究表明,转cry1Ab/cry2Aj和cry1Ab/vip3DA玉米品系对棉铃虫和斜纹夜蛾的初孵幼虫表现出较好的抗性,可以作为转多基因抗虫玉米育种的备选材料。