双价苏云金芽孢杆菌cry基因载体构建及其在大肠杆菌中表达杀虫活性

研究和利用不同苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫蛋白之间的增效作用是构建高效遗传工程虫剂，预防和延缓害虫抗性的重要途径。BtCry1Ab,Cry1Ac和Cry2Aa蛋白对重要的鳞翅目农业害虫具有主毒力，质粒pHT-BSK含有能在大肠杆菌（Echerichia coli)－枯草芽孢杆菌（B.subtilis)有效表达的生物安全性标记基因卡那霉素抗性基因。将含Btcry1A,cry1Ac和cry2Aa全长基因的Bam HI/PstI,Bam H I/Xho I和Sma I(Bam H I)HindⅢDNA片段与pHT-BSK的应酶切产物连接，获得了单价cry/km^r组合的重组质粒pBlue-1Ab-km^r,pBlue-1Ab和pHT-2Aa;cry1Ab,cry1Ac DNA片段与pHT-2Aa相应酶切产物相连接获得了Bt双价基因／km^r组合重组质粒pBlue-crylAb-km^r-2Aa和pBlue-cry1Ac-km^4-2Aa，重组质粒中所有cry基因与km^r均形成特异的Bam H I片段。限制酶切电泳分析和特异PCR扩增证实了重组质粒的准确连接。含有重组质粒的大肠杆菌显示了对小菜蛾（Plutella xylostella）和玉米暝（Ostrinia furnacalis)的杀虫活性，对小菜蛾双价基因毒力高于单价基因，但对玉米螟它们之间没有明显差异。研究为进一步阐明Bt cry 2Aa与cry1Ab和cry 1Ac之间在不同微生物细胞中的共表达及其表达产物之间的相互作用和构建双价基因杀虫工程菌株创造了条件。     

苏云金芽孢杆菌WB9菌株cry2Ac4基因的克隆及表达

WB9是我国分离自武夷山的对多种重要农业害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)菌株,经PCR-RFLP鉴定含有cry2Ac基因。根据cry2基因序列设计引物,以WB9质粒为模板扩增cry2Ac全长基因,与大肠杆菌(Escherichia coli)克隆载体pMD18-T连接获得含有cry2Ac全长基因的重组质粒pMD2Ac并测序。该基因在GenBank上登录号为DQ361267,被Bt国际命名委员会正式命名为cry2Ac4。通过亚克隆方法将cry2Ac4基因插入穿梭表达载体pHT315获得重组表达质粒pHT2Ac,将其转化大肠杆菌SCS110和Bt无晶体突变株HD73 Cry-,得到的工程菌能正常表达70 kD蛋白,形成方形晶体。生物测定结果表明,cry2Ac4基因表达产物对桔小实蝇(Bactrocera dorsalis Hendel)幼虫具有显著的毒杀作用,但对小菜蛾(Plutella xylostella)和致倦库蚊(Culex fatlgans)幼虫基本没有效果。     

苏云金芽孢杆菌cry1Aa14基因的分离、克隆及其表达

Bt25是中国自行分离的对小菜蛾(Plutella xylotella)具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),经PCR-RFLP鉴定含有cry1Aa基因。以全长基因PCR产物的粘端定向克隆的方法,设计1对特异引物,以Bt25质粒DNA为模板扩增cry1Aa全长基因。序列测定结果表明,该基因编码区为3552bp,编码1183个氨基酸,分子量为133．7kD,pI4．755。该基因序列已在GenBank注册,登记号为AY197341,并获得正式命名cry1Aa14。在氨基酸序列918～1180间,和已知的11种cry1Aa存在22-23个氨基酸的差异(其中1094～1097的4个氨基酸无对应序列),而这段区域和Cry1Ab氨基酸序列的对应区域无差异。cry1Aa14全长基因插入Bt表达载体,获得了重组表达质粒pBYB1,转化Bt无晶体突变株HD73cry-,经过抗性筛选、DNA酶切分析和PCR检测,证实转化成功。SDS-PAGE分析表明,该基因在上述受体中能正常表达133kD蛋白。杀虫生物测定结果表明,cry1Aa14表达产物对小菜蛾幼虫具有显著的毒杀作用,与cry1Aa12进行比较,毒力无明显差异。这种单基因菌株的发现及其基因的获得,为害虫抗性研究和高效工程菌的构建提供了重要实验材料。     

应用抑制性差减杂交法筛选植物青枯菌致病相关基因

植物青枯菌(Ralstonia solanacearum)致病力分化菌株 Po82 兼具 2 号小种和 NPB(非香蕉致病)菌株的致病特征。为了研究该菌株致病力分化机理,本实验以 Po82 为待测菌株,构建了抑制性差减杂交文库。建库质量分析结果表明,具有较高的接头连接以及文库构建效率,插入片段平均长度为 300 bp,文库构建质量较好。对文库中随机挑取阳性克隆进行测序,共筛选出 44 个 Po82 菌株差异基因。生物信息学分析结果表明,所得差异基因主要涉及新陈代谢、转座酶、膜结构、分泌蛋白、毒力、转录因子以及未知功能等。利用基因敲除技术对其中的 c00283 基因功能进行了研究,结果表明,该基因在 Po82 菌株致病过程中起重要作用。半定量 RT-PCR 结果表明,c00283 基因在 hrp 诱导培养基中的表达情况与 hrpB 基因一致,初步确定其为Ⅲ型分泌系统效应子。基础生物学实验结果表明,该基因对 Po82 菌株的生长、生物膜形成及运动性没有影响。青枯菌 Po82 菌株抑制性差减杂交文库的构建及致病相关基因的功能分析,为后续致病力分化的分子机理研究提供基础材料。     

发光酶基因(luxAB)标记的荧光假单胞菌CP1108的定殖能力研究

利用三亲本杂交方法,将luxAB发光酶基因标记至荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)CP1108上,研究标记菌株CP1108L的个体生态学特征及其在棉花根圈的定殖动态.结果表明,标记菌株连续传代20次均未发生质粒丢失现象,标记质粒在受体菌株中较为稳定,CP1108L菌株的生长及部分生理生化特性...     

苏云金芽孢杆菌cry2Aa基因的克隆、表达与活性

B-8-G和Ly30是我国自行分离的对多种重要农业害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）菌株,经PCR-RFLP鉴定均含有cry2Aa基因.根据cry2Aa全长基因序列设计特异引物,以B-8-G总DNA为模板扩增其中的cry2Aa全长基因,与大肠杆菌（Escherichia coli）表达载体pET-21b相连接,获得含有cry2Aa全长基因的重组质粒pET2Aa,该基因在大肠杆菌BL21菌株能够正常表达65 kD蛋白.通过构建Ly30总DNA文库方法从中筛选获得cry2Aa基因,将其连接至Bt-E.coli穿梭表达载体pHT315上,转化Bt无晶体突变株HD-73中,该基因能正常表达65 kD蛋白,并形成立方体状晶体.这两种基因序列已被国际Bt基因命名委员会分别正式命名为cry2Aa9和cry2Aa10.杀虫生物活性测定结果表明cry2Aa基因表达产物对黄胫小车蝗（Oedaleusinfernlis）、尖音库蚊（Culex pipiens）、黑翅伊蚊（Aedes melanopterus）、水稻二化螟（Chilo suppressalis）和小菜蛾（Plutellaxylostella）幼虫均具有显著的毒杀作用.首次报道cry2Aa10基因表达蛋白对蝗虫、库蚊具有杀虫活性.这些基因的获得,将为高效工程菌和抗虫转基因植物的研制提供了新的基因资源.     

苏云金芽孢杆菌Ly30株cry1Ac基因的克隆及表达*

Bt菌Ly30株是中国自行分离的对多种害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt),经CAPS(cleaved amplified polymorphic sequences)系统鉴定。它含有cry1Ac基因。以全长基因PCR产物的粘端定向克隆的方法,设计1对特异引物,分别引入SalⅠ和BamHⅠ酶切位点。以Ly30质粒DNA为模板扩增cry1Ac全长基因,与表达载体pET-21b相应的酶切产物连接,转化大肠杆菌(Eschrichia coli),获得含有cry1Ac基因重组质粒pEKLy1Ac。该基因的亚克隆和序列测定结果表明,其编码区为3534bp。编码蛋白分子量为133.5kD,含1177个氨基酸,等电点为4．8,与CrylAc3同源性最高,存在4个氨基酸的差异,与Cry1Ac10之间则有6个氨基酸的不同。该基因序列已在GenBank中登记注册为AF482767,并被国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会正式命名为cry1Ac14该基因经诱导获得高效表达,SDS-PAGE电泳检测到明显的133．5kD蛋白带。室内生物测定结果表明,诱导表达的Cry1Ac蛋白对棉铃虫、甜菜夜蛾等鳞翅目害虫幼虫均有较高的杀虫活性,其LC5o值分别为19.236和3276μg／g饲料。     

黑龙江凉水自然保护区苏云金芽孢杆菌的收集与鉴定

黑龙江凉水自然保护区是我国现有保存下来的较大片原始红松林基地之一,总面积6394hm^2,森林覆盖率95％以上。本研究从小兴安岭凉水自然保护区采集土样782份,采用醋酸钠培养基结合高温方法筛选土壤中的芽孢杆菌,通过光学显微镜观察鉴定产生伴胞晶体的苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis．Bt）。总计分离得到芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌分别为1735株和33株,Bt菌株的分离率和出菌率分别为1．90％和4．22％。利用SDS-PAGE和PCR—RFLP方法对筛选获得的成分离株进行了杀虫晶体蛋白和基因型分析,结果表明14株产菱形伴胞的＆菌株,SDS-PAGE电泳分析芽孢后期产生分子量大小130kD蛋白带,PCR-RFLP分析初步鉴定为crylAc基因,其它产圆形或其它不定形晶体蛋白的＆分离菌中,芽孢后期主要蛋白大小为20～150kD不等,PCR—RFLP方法鉴定结合PCR片段测序分析这些菌株含有新型cry4、cry39和cry40基因等。本研究是“中国助资源收鉴与利用”项目组成部分之一,凉水自然保护区苏云金芽孢杆菌的收集与鉴定目的是要对整个东北地区成资源分布和多样性作一个初步评估,实验结果表明东北森林地区具有丰富多样的威菌株和杀虫基因资源。     

苏云金芽孢杆菌S1478—1分离株的特性鉴定及cry1Ac同源基因克隆

本研究对从海南岛尖峰岭热带雨林自然保护区的土壤样品中分离出的＆菌株S1478～1进行了特性鉴定,研究表明S1478—1分离株菌落形态和生长特征和励参照菌株HD73极其相似。16SrDNA序列分析表明,S1478—1分离株与其它＆thuringiensis、B．cereus和B.anthracis的16S rDNA序列相似性达到99％。分离株能产菱形伴胞晶体,SDS-PAGE蛋白电泳分析表明,菌株在生长后期,形成芽孢同时分泌130kD大小的晶体蛋白。生物测定表明S1478—1分离株对小菜蛾具有很高的毒杀活性,LC50值高达5．159×10^8cfu／mL。初步显示S1478—1分离株可作为防治鳞翅目害虫的生物农药菌株。利用PCR—RFLP方法鉴定S1478—1分离株含有cry1Ac同源基因,以PCR粘性端克隆方法扩增全长基因,序列测定表明该基因ORF为3537bp,编码1178个氨基酸,推定的编码蛋白分子量为133．3kD,与其它cry1Ac基因序列最高达到99％同源,因此,该基因可作为杀虫工程菌及培育转基因抗虫作物的候选基因。     

北方地区大豆根瘤菌的生物学特性

对北方地区大豆根瘤菌的生物学特性进行了较为系统的研究,结果表明,黑、辽地区分离、纯化的17株根瘤菌均具有典型的根瘤菌的个体形态和菌落特征,生理生化指标接近,可与辽豆15共生结瘤,分为快生菌和慢生菌。所有根瘤菌均可不同程度地利用供试的5种碳源。耐酸碱度、耐盐性及温度敏感实验表明,菌株HS3可在pH6.0~9.0生长,菌株HH4可耐受1.5%氯化钠,菌株HH4,HH2可在13℃~39℃生长。     

植物激活蛋白Ap36在苏云金芽胞杆菌的表达及抗病作用

以含有植物激活蛋白(Activator protein)基因ap36的质粒pMYE为摸板,设计一对特异引物,通过PCR反应扩增出激活蛋白基因开放读码框序列,使用XbaI和SphI双切PCR产物,插入到用这两酶双切的pBMB982-304质粒slh motif的下游,构建重组表达质粒pBMB0588,转化苏云金芽胞杆菌无质粒突变株BMB171。结果表明,目标蛋白以融合蛋白的形式成功表达。为探讨表达植物激活蛋白的重组菌是否能够诱导植物获得抗性,用重组菌在28℃培养24小时发酵液原液处理番茄幼苗和土豆片。结果显示,发酵液处理90min后,番茄叶片过氧化物酶(POD)和脯氨酸含量较对照分别提高了57.14%和131.59%;4d后苯丙氨酸解氨酶(PAL)含量较对照也有所提高;经重组菌发酵液处理的马铃薯片,对马铃薯软腐病表现出很强的抗病性。     

Enterotoxigenicity and cytotoxicity of Bacillus thuringiensis strains and development of a process for Cry1Ac production

Bacillus thuringiensis is indistinguishable from Bacillus cereus except for the production of insecticidal crystal proteins (ICPs). B. thuringiensis strains may show enterotoxin profiles and toxin levels similar to those of B. cereus strains isolated from food-poisoning cases. It is important for the food industry and farmers to consider that with the application of B. thuringiensis strains to crops, their spores may be introduced into the human food chain. In this study, 59 B. thuringiensis strains were assayed for their hemolysin BL (HBL) using a BCET-RPLA kit and their cytotoxicity to Chinese hamster ovary (CHO) cells. The enterotoxin titer was as high as that of B. cereus diarrheal-type strain ATCC 49064. In an attempt to obtain a food safety strain for bioinsecticide use, in this study, a 3.5-kb cry1Ac DNA fragment was amplified with PCR from the total DNA of B. thuringiensis subsp. kurstaki CCRC 11502 and cloned into the Bacillus expression vector pHY300PLK. The alpha-amylase promoter, amyE, was then introduced into the promoter region and, afterward, the recombinant plasmid pHYe1Ac35 was introduced into a non-enterotoxigenic and non-cytotoxic B. thuringiensis subsp. kurstaki Tt14 strain. The transformant, without any detectable enterotoxigenicity or cytotoxicity, produced Cry1Ac toxin properly, and its insecticidal activity against Trichoplusia ni larvae was found to be satisfactory.     

酒糟和窖泥中苏云金芽孢杆菌的分离及鉴定

从泸州老窖酒厂的酒糟和窖泥中采集的168个样品中分离出苏云金芽孢杆菌1株,经光学显微镜观察伴孢晶体形态为菱形。以cry1/7/9、cry2、cry3、cry5、cry6、cry8、cry4/10、cry11、cry1Ⅰ的引物做PCR分析进行基因型鉴定,发现该分离株有cry1基因。同时还对该株蛋白质图谱和杀虫活性等特性分析,结果表明该分离株对小菜蛾有一定活性,死亡率可达80%,但该菌株对致倦库蚊无活性。     

低温生防菌株的诱变选育及生防效果

为了提高生防菌株wswshg-10低温生长速度和抑菌活性,采用常压室温等离子体诱变技术(ARTP)对其进行诱变选育。结果表明,最佳照射时间为120 s,此时菌株致死率为95.4%,单菌落变大的突变率为24.5%。经低温平板培养和抑菌活性测定,从19个大菌落的菌株中筛选出2株低温生长速度和抑菌活性明显高于出发菌株的突变菌株WM4和WM7,其低温(15℃)生长速度分别是出发菌株的1.94倍和2.09倍,平板抑菌活性分别较出发菌株高26.2%和29.8%。传代培养10代,2株突变菌株在低温生长速度和抑菌活性方面均表现出良好的遗传稳定性。突变菌株WM7对玉米茎基腐病的温室防效为70.8%,比出发菌株高15.1%。本研究结果为适于低温地区生物农药的研发提供了菌株资源。     

Fe3+和Na+共存对缺氧污泥脱氮除磷效率和胞内外聚合物的影响

为了提高多种金属离子共存的含盐废水脱氮除磷效率和生物絮凝性,考察Fe^3+和Na^+共存对A2O工艺缺氧区污染物去除率的影响,研究缺氧区胞内聚合物(Intracellular Polymeric Substances,IPS)和胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的变化,采用气相色谱法与蒽酮比色法分析IPS中聚-β-羟丁酸(Poly-β-hydroxybutyrate,PHB)和糖原含量的变化,结合三维荧光光谱(Three-dimensional Excitation Emission Matrix Fluorescence Spectroscopy,3D-EEM)与傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)探索EPS组成结构的变化,以期揭示共存的Fe^3+和Na^+、IPS及EPS与污泥絮凝性的关系。结果表明:1)单一Fe^3+的加入有助于提高COD、TN和TP的去除率,增加碱性磷酸酶与酸性磷酸酶活性,IPS和EPS总量增多。2)在Fe^3+和Na^+共存的条件下,当Fe^3+浓度为10 mg/L、Na^+浓度为0.5 g/L时,低浓度的Na^+提高了COD、TN和TP去除率,增强了碱性磷酸酶与酸性磷酸酶活性,增加了IPS总量,但是抑制了微生物EPS的分泌,EPS总量下降;当Fe^3+为10 mg/L,Na^+浓度(>1 g/L)继续升高时,高浓度的Na^+导致COD、TN和TP去除率下降,IPS总量降低,但是促进了微生物EPS的分泌,EPS总量增加。3)由FTIR分析可知,Fe^3+和Na^+浓度的变化并未导致松散结合型胞外聚合物(Loosely Bound Extracellular Polymeric Substances,LB-EPS)和紧密结合型胞外聚合物(Tightly Bound Extracellular Polymeric Substances,TB-EPS)的官能团发生明显变化,主要成分始终为蛋白质(Protein,PN)和多糖(Polysaccharide,PS);由3D-EEM分析可知,Fe^3+的加入使三维荧光光谱中出现了可见区类色氨酸峰,Na^+的加入使色氨酸、腐殖酸类物质降解,EPS的成分改变。4)IPS和EPS之间存在竞争生长,IPS/EPS比值较高时,IPS占主导作用,污泥絮凝性能好。     

来自海南等地的17个Bt分离株质粒多样性分析

本研究采用琼脂糖凝胶电泳对分离白海南岛的12个反菌株与分离自广西、黑龙江的5株＆菌株及2株胁模式菌株进行质粒数量、大小等特征分析。19个供试菌株可区分为16种独特的质粒电泳图谱,充分显示出不同来源肪菌株的质粒多样性。进一步选择了其中的10个菌株,利用包埋法制备琼脂块进行脉冲场凝胶电泳（PFGE）,结果表明苏云金芽孢杆菌大质粒组成特征也具有丰富多样性。但是供试菌株的质粒电泳图谱并未体现与地理和生态特征相关联的特征差异。研究结果初步证实海南分离株S3078—1是一株无内生质粒的助菌株,而S3031-1和S3073—1两个分离株仅有一个大质粒存在,这三个分离株将为进一步研究质粒功能提供初始菌株。本研究进一步暗示将琼脂糖凝胶电泳和脉冲场凝胶电泳结合起来研究质粒特征提高了结果的可靠性。     

Persistence of plasmid RP4 in Pseudomonas putida and loss of its expression of antibiotic resistance in a groundwater microcosm

We examined the stability of plasmid RP4 and its expression of antibiotic-resistance genes in suspended and sorbed Pseudomonas putida in aquifer microcosms. Test tubes containing different proportions of sterilized aquifer soil and groundwater were inoculated with bacteria and incubated for up to 26 d. Serial dilutions were made to agar plates with or without antibiotics, to quantify the functional stability of the plasmid. The structural integrity of RP4 was examined by plasmid extraction, digestion with restriction enzymes, and agarose gel electrophoresis. The plasmid-borne resistance gene expression disappeared in 80-90% of the cells during day 1 of incubation in aquifer soil and then remained at that frequency throughout the experiment. The RP4 plasmid was present in cells without antibiotic-resistance gene expression, indicating that the observed loss of plasmid-encoded activity was most likely due to a reduction in expression of the resistance genes. The increased growth rate in groundwater amended with glucose and phosphate had no significant influence on plasmid loss or antibiotic-resistance expression, suggesting that plasmid loss and antibiotic-resistance expression were independent of the growth rate. Most of the reduction of resistance gene expression was associated with the presence of soil particles, and 70% of the resistance expression was retained in bacteria incubated for 1 d in groundwater alone. Bacteria sorbed to the soil particles had a lower frequency of expression of resistance genes than suspended bacteria, but the difference was not caused by sorbed inorganic or organic chemicals. Resistance gene expression was partly recovered in suspended bacteria after in vitro exposure to the antibiotics and after first isolating on agar without antibiotics and then replica plating to agar containing the antibiotics.     

苏云金杆菌天门变种晶体蛋白基因的克隆和表达

用改进的Birnboim法检测了苏云金杆菌9个变种的质粒组成,其中我国分离到的天门变种有12条质粒带,用Southern杂交法证明,天门变种的δ-内毒素基因位于1个约60MD的质粒上。该质粒经BglⅡ酶切后与Bam HI酶切的pBR322载体连接,转化大肠杆菌HB101。通过菌落原位放射免疫反应和Southern杂交方法,筛选带有δ-内毒素基因并能在大肠杆菌中表达的转化体。对玉米螟幼虫进行生物测定表明,阳性克隆pTCC65及pTCC18有较强的抑制幼虫生长的作用。