转vip3基因作物研究进展

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,ICPs)转基因作物在全球种植已近15年。随着转基因作物种植面积的扩大,害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性已成为一个严峻的问题。通过研究发现,苏云金芽孢杆菌的营养生长阶段可产生一种新的毒素,即VIP3蛋白。VIP3蛋白与已知的ICPs没有序列同源性和结构相似性,表达VIP3对十多种鳞翅目害虫具有毒杀作用,具有更广泛的抗虫谱,尤其可毒杀小地老虎(Agrois ipsilon)等对Bt非敏感害虫,对环境生物没有不良影响,是防治抗性害虫及扩大抗虫谱的一种新策略。     

营养期杀虫蛋白Vip3类转基因抗虫作物的研发进展

苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）产生的营养期杀虫蛋白Vip3是由5个结构域组成的四聚体,其N-端主要控制结构的稳定,C-端为潜在的特异性受体结合域,共有14个模式样本,超过110种蛋白。与晶体蛋白（crystal proteins, Cry蛋白）一样,Vip3经蛋白酶消化后的杀虫活性物质主要作用于昆虫的中肠组织,可通过与特异性受体的结合引起肠道穿孔或细胞溶解,从而导致昆虫死亡。由于Vip3与Cry蛋白具有不同的杀虫机制和很强的杀虫谱互补性,国内外多采取这2类基因叠加的策略来研发新型转基因抗虫作物。Vip3Aa转基因玉米和棉花已经在美国和巴西等国家商业化种植,成为治理草地贪夜蛾等靶标害虫对Cry蛋白产生抗性的主要手段。实验室的选择压汰选表明,多种靶标害虫也可对Vip3产生较高的抗性,田间监测已证实其抗性的存在。因此,对靶标害虫的抗性监测与治理对Vip3类转基因抗虫作物产业化具有重要意义。     

苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白Vip3A研究进展

营养期杀虫蛋白(Vegetative Insecticidal Proteins,VIP)Vip3A是苏云金芽胞杆菌(Bacillus thurigiensis,Bt)在营养生长对数中期开始分泌的一类杀虫蛋白,其广泛存在于Bt菌中,现已发现8类37种,在遗传上比较保守。与杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,ICPs)相比,Vip3A蛋白具有热不稳定性,其杀虫机理与ICPs也不同,并且Vip3A蛋白与不同Bt杀虫晶体蛋白具有协同增效作用,这为筛选新的杀虫基因、构建特异高毒力工程菌和转基因抗虫植物以及杀虫分子机理等基础研究提供了新的思路。     

ICP蛋白和VIP蛋白杀虫机理和毒性专一性的分子基础

苏云金芽胞杆菌在其整个生命周期中可产生2种不同类型的专一性极强的杀虫蛋白,一种是在其产孢过程中形成的杀虫晶体蛋白(ICPs),包括晶体毒素(Cry)和细胞裂解毒素(Cyt),前者对鳞翅目、鞘翅目、双翅目、鳞翅目和双翅目或鳞翅目和鞘翅目以及线虫具有专一的杀虫活性,后者在体外具广泛的溶细胞活性,但其杀虫谱较窄,杀虫活性较低;另一种是在营养生长期合成并分泌到胞外的非晶体杀虫蛋白即营养期杀虫蛋白(VIPs),具有与杀虫晶体蛋白相似的毒性活性和专一性.然而,这3种蛋白的分子结构和毒性机理各不相同.本文综述了ICP蛋白和VIP蛋白的杀虫机理和害虫抗性产生的分子基础,以及营养期杀虫蛋白的发现和应用对延缓或防止害虫针对ICP蛋白产生抗性的意义.     

苏云金杆菌溶细胞毒素及相关基因研究进展

苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)是一种革兰氏阳性土壤细菌,在其芽孢形成期能够产生多种杀虫晶体蛋白,这些蛋白在靶害虫中肠内被激活为毒素并使细胞膜穿孔,从而达到杀虫目的。近年来,关于溶细胞毒素分布、分类、杀虫机理、昆虫抗性等问题的研究已成为新的热点。文章综述了各国实验室在这些方面的最新进展。     

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。     

害虫对转Bt基因作物的抗性及治理

转Bt基因作物可在植株体内表达来源于苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)的杀虫蛋白,在害虫控制中起着重要作用,但害虫也随之对Bt作物不可避免地产生抗性,逐渐威胁着Bt作物的可持续利用。了解Bt毒素的作用机理及害虫对Bt毒素的抗性机制将有助于制定行之有效的抗性治理策略,如高剂量/庇护区策略、多毒素策略、使用新的杀虫毒素和抗性监测等。这些策略或措施将有利于延缓害虫抗性,延长Bt作物的使用寿命,促进Bt作物的可持续利用。     

cry2Aa9m抗虫基因植物表达载体构建及对大豆的遗传转化

cry2Aa9m基因编码的杀虫晶体蛋白(ICPs)对鳞翅目(Lepidoptera)和双翅目(Dipter)昆虫具有显著的毒杀作用,可防治大豆食心虫等害虫。试验构建了由豆荚特异性启动子Pmsg调控的cry2Aa9m基因的植物表达载体pCMB2A,以抗除草剂bar基因为筛选标记,通过农杆菌介导法对绥农28大豆子叶节进行遗传转化,获得抗性株系8株。经PCR和RT-PCR检测结果证明,cry2Aa9m基因已经整合到大豆基因组中并得以表达。研究为抗大豆食心虫转基因育种产业化奠定基础。     

cry1Ia1基因转化大豆及抗虫性的初步评价

cry1Ia1基因编码的是苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)的杀虫晶体蛋白(ICPs),产物对鳞翅目(Lepidoptera)和鞘翅目(Coleoptera)昆虫具有毒害作用,可防治大豆食心虫等害虫.利用农杆菌介导的方法将cry1Ia1基因转入大豆栽培品种黑农35中,并获得了5株转cry1Ia1基因的株系.PCR、Southem blotting和RT-PCR检测结果表明cry1Ia1基因已经整合到大豆基因组中并稳定表达.通过人工接种的方法对转基因植株抗大豆食心虫的水平进行了初步的评价,结果表明其中的2株对大豆食心虫具有高度的抗性,2株具有中等程度的抗性,1株与对照无明显差异.cry1Ia1基因首次成功导入大豆栽培品种黑农35中并获得抗大豆食心虫的转基因植株.     

苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白定点突变与新型生物农药的研发

综述了苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）杀虫晶体蛋白的定点突变研究与细菌杀虫剂和转基因植物开发的关系。定点突变作为研究蛋白质结构与功能的重要手段之一,可以改变毒蛋白的特性,产生的突变蛋白比未突变的蛋白毒力更高,杀虫谱更广,为细菌杀虫剂和转基因植物的开发提供充足的后备资源;定点突变可以使细菌的晶体蛋白基因在植物中更好地表达;定点突变可以产生嵌合基因,转入植物体或微生物后,能有效地预防和延缓害虫的抗药性产生。     

Comparative Analysis of Bacillus thuringiensis Vip3Aa57 and Vip3Aa62 Insecticidal Activities

Bacillus thuringiensis (Bt) exhibits strong insecticidal activity and is harmless to non-target organisms such as human and animals. Bt becomes the most commonly used environment-friendly insecticidal microorganism. However, the insecticidal activities of different Bt strains variy significantly. Therefore, it is particularly important to compare the insecticidal activities of different strains and explore their insecticidal effector mechanisms to expand Bt insecticidal spectrum and enrich transgenic resources. Here, the insecticidal activities of Vip3Aa57 and Vip3Aa62 strains, carrying vegetative insecticidal protein-encoding genes that were inserted into the expression vector pET-21b and transformed into Escherichia coli Rosetta (DE3) strain, expressing 88 ku protein, were compared. Vip3Aa57 protein reportedly displayed body weight inhibition effect on Spodoptera exigua without affecting Heliothis armigera while Vip3Aa62 protein was known to have strong insecticidal activity against S. exigua (LC50=5.124 ng ? mg-1). A low H. armigera activity (LC50=870.1 ng ? mg-1) was observed. The paraffin sectioning results showed that Vip3Aa57 protein affected S. exigua midgut cell morphology. The laser confocal microscopic imaging results showed that Vip3Aa57 bound to receptors in the midgut without damaging the midgut tissue morphology. This study would be conducive for making full use of Bt strains in the soil to compare the insecticidal activities of different Vip insecticidal genes. It could thus provide significant help in revealing the underlying insecticidal mechanisms of Vip3Aa insecticidal genes, developing new insecticidal proteins and delaying pest resistance problems.     

Toxicity and binding analyses of Bacillus thuringiensis toxin Vip3A in Cry1Ac-resistant and-susceptible strains of Helicoverpa armigera(Hübner)

The Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein, Vip3 A, represents a new family of Bt toxin and is currently applied to commercial transgenic cotton. To determine whether the Cry1Ac-resistant Helicoverpa armigera is cross-resistant to Vip3 Aa protein, insecticidal activities, proteolytic activations and binding properties of Vip3 Aa toxin were investigated using Cry1Ac-susceptible(96S) and Cry1Ac-resistant H. armigera strain(Cry1Ac-R). The toxicity of Vip3 Aa in Cry1Ac-R slightly reduced compared with 96 S, the resistance ratio was only 1.7-fold. The digestion rate of full-length Vip3 Aa by gut juice extracts from 96 S was little faster than that from Cry1Ac-R. Surface plasmon resonance(SPR) showed there was no significant difference between the binding affinity of Vip3 Aa and BBMVs between 96 S and Cry1Ac-R strains, and there was no significant competitive binding between Vip3 Aa and Cry1 Ac in susceptible or resistant strains. So there had little cross-resistance between Vip3 Aa and Cry1 Ac,Vip3A+Cry proteins maybe the suitable pyramid strategy to control H. armigera in China in the future.     

转基因作物的抗虫性分析

目前,全球种植的玉米、棉花、水稻几大主要作物都培育出了抗虫转基因作物,农业生产中虫害影响非常严重,随着传统杀虫剂的长期应用逐渐暴露出其弊端,通过田间试验调查虫害侵染情况,分析转基因作物的良好抗虫性。     

基于GR79 EPSPS筛选标记的抗虫抗除草剂表达载体构建及抗性鉴定

虫害和草害是农业生产中两大主要危害。目前,尽管转基因抗虫和抗除草剂作物相继报道和应用,然而我国抗虫抗除草剂复合性状作物培育仍然明显滞后,而且多依靠传统杂交选育的手段,费事费力、周期长。根据苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）Cry1Ac蛋白结合结构域和毒性结构域特征,人工合成杀虫基因cry1Ac-2.5。同时,利用抗除草剂基因GR79 EPSPS替换卡那霉素筛选标记,构建基于草甘膦除草剂筛选标记的复合抗虫抗除草剂植物表达载体,并转化烟草。qRT-PCR结果表明转基因烟草cry1Ac-2.5和GR79 EPSPS基因转录水平均成功表达,经Bt和GR79试纸条检测表明上述基因在蛋白水平正确翻译。抗性实验表明,转基因烟草愈伤经草甘膦筛选,阳性率达到80%,且转基因烟草耐受100 mg/L草甘膦处理。抗虫实验表明,饲喂cry1Ac-2.5转基因烟草4 d后,棉铃虫幼虫死亡率为90%左右,表明人工基因cry1Ac-2.5具有显著的的抗虫效果。以上结果表明,构建的抗虫抗除草剂植物表达载体（Cry1Ac-2.5+GR79 EPSPS）将抗虫基因和抗除草剂基因有效合并,对于快速培育抗虫抗除草剂作物具有指导意义。     

转基因作物产业化现状及研究进展

自从1983年首次获得转基因植物以来,转基因作物研究与产业化取得飞速发展,一批抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、优质的转基因作物相继被培育和得到商业化释放,在农业生产方面和作物抗性机理研究方面发挥了巨大作用。在此,综述了国内外转基因作物产业化现状与转基因作物研究进展,对转基因作物所存在的问题及可能的解决途径提出了具体的建议。     

转基因玉米研究与应用进展

转基因产品随着科学的发展逐渐走进人们的日常生活,目前已批准商品化的转基因作物有大豆、棉花、水稻、玉米等。玉米是世界分布最广泛的粮食作物,又是重要的饲料和工业原料,但虫害、草害、病害等严重威胁其产量和质量,转基因技术为玉米遗传改良提供了更有效的途径。介绍了转基因玉米常用的转化方法,评析了抗虫、抗除草剂、抗病等转基因玉米应用的研究成果,并对转基因玉米的检测方法及安全性进行了分析。