一株具有烟草甲幼虫毒杀作用苏云金芽孢杆菌的遗传多样性分析及cry基因鉴定

【目的】明确一株具有烟草甲幼虫毒杀作用苏云金芽孢杆菌在蜡样芽孢杆菌群中的进化关系,并对该菌株所携带的cry基因进行鉴定,为其在农业上的开发应用提供参考依据。【方法】对苏云金芽孢杆菌GXZY032菌株的16S rRNA和gyrB基因序列进行PCR扩增测序,并进行相应的进化树分析;使用PCR技术对GXZY032菌株基因组所包含的cry杀虫基因进行鉴定。【结果】菌株GXZY032的16S rRNA序列经PCR扩增得到1.5 kb片段,在进化树中以较低的置信值与多个BtII群菌株聚到一起。gyrB基因序列经PCR扩增并测序得到1.2 kb片段,所构建的进化树有6个置信值较高的分支,构成BtI、BtII、B.cereus I、BtIII、Bt+Bw和Bt+Ba 6个群,其中菌株GXZY032的序列与BtII群聚集一起,置信值为99%。对8种cry基因进行PCR鉴定,结果表明,菌株GXZY032包含cry1、cry2和cry10 3种类型cry基因。【结论】苏云金芽孢杆菌菌株GXZY032属于BtII群,具有cry1、cry2和cry10 3种类型cry杀虫基因。     

雅安周公山土壤苏云金芽孢杆菌菌株资源的筛选和初步鉴定

采集四川雅安市周公山土壤样品320份,利用醋酸钠-抗生素筛选法分离出苏云金芽孢杆菌132株。通过光学显微镜镜检发现,这些菌株均呈典型的苏云金芽孢杆菌形态,其伴孢晶体主要形态有长菱形、短菱形、方形、球形、不定型等。根据GeneBank中公布的cry基因序列,设计了14对杀虫cry基因的通用引物,对这132株分离菌进行的PCR-RFLP分析鉴定表明:在86株菌中分布有除cry18、cry27/29、cry34/35外的11种cry基因型,其中以cry1型最多,其次为cry2型。另46株菌未检测出cry基因。对这132株苏云金芽孢杆菌进行SDS-PAGE蛋白分析,发现杀鳞翅目、鞘翅目和双翅目的约130、80、65、75 kDa的蛋白带最丰富。     

上海地区苏云金芽孢杆菌的分离及其对草地贪夜蛾室内杀虫活性的测定

为进一步发掘国内苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)的菌株资源,在上海市若干地区搜集土壤样品,采用Na Ac-抗生素筛选法从土样中分离野生Bt菌株,通过光学显微镜染色镜检、PCR-RFLP体系及SDS-PAGE电泳等方法对分离菌株的杀虫晶体蛋白形态、蛋白表达量及cry基因类型进行分析,并测定了分离菌株对草地贪夜蛾的室内杀虫活性。结果表明:在上海地区采集的165份土壤样品中共分离得到苏云金芽孢杆菌50株,总出菌率为8.20%;其伴孢晶体蛋白呈菱形、球形、椭球形、不规则形等晶体形态,以球形晶体为主;多数表达130 ku、90 ku、80 ku、50 ku蛋白;分离菌株所含cry基因类型丰富,包含cry1、cry3、cry8类等共16种基因类型,以cry32及cry8类基因居多;有6株菌株对草地贪夜蛾表现出高杀虫活性,72 h校正死亡率最高可达100%。上述分离菌株对后续开展草地贪夜蛾的绿色防控及抗性治理具有重要的实践意义。     

河北省不同生态区的苏云金芽孢杆菌cry基因多样性研究

为了明确苏云金芽孢杆菌在河北省不同生态区的分布特点和cry基因的多样性,研究从河北省不同生态地区(阜平天生桥、涞源白石山、安新白洋淀、保定郊区大田和安国中草药田)采集土样806份,采用温度-抗生素法分离获得Bt菌株46株,利用PCR-RFLP技术对46株Bt进行了基因型研究,结果表明从这些菌株中发现7种不同的基因型cry1、cry2、cry3、cry4、cry8、cry30和cry32,11株未鉴定出基因型;通过SDS-PAGE分析发现这些菌株主要表达130-150kDa、70-80kDa、60kDa和30kDa蛋白,实验结果说明了苏云金芽孢杆菌在河北省不同生态区均有分布,并且其cry基因类型是复杂多样的。     

苏云金芽孢杆菌新菌株S249 cry2Ad2的克隆及特征分析

根据GenBank中cry2Ad基因序列设计1对特异性引物,以苏云金芽孢杆菌新菌株S249质粒 DNA为模板,应用PCR扩增技术得到了1条大小约为2．0 kb的DNA片段(cry2Ad2)。通过引物步行法测定该片段长1919 bp,其中开放阅读框(ORF)长1902 bp,编码633个氨基酸;经DNASTAR软件分析,预测其蛋白分子量为70．72 ku,等电点pI=8．26。序列比较结果表明,该基因与cry2Ad类基因高度同源(同源性达99%)。该基因已在GenBank中登录,登录号为DQ219823,并被Bt δ-内毒素基因国际命名委员会正式命名为cry2Ad2。     

苏云金芽胞杆菌LSZ9408菌株基因型的鉴定

利用聚合酶链式反应(PCR)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术鉴定苏云金芽胞杆菌LSZ9408菌株的杀虫晶体蛋白及其基因组成.PCR结果表明:苏云金芽胞杆菌LSZ 9408菌株中含有cry1和cry2两种基因型.采用5对通用引物-Un1、Un2、Un3、Un4、Un7/8进行PCR扩增,结果显示:Un1和Un2引物扩增的DNA片段大小分别为270 bp和700 bp左右,其他引物无PCR扩增产物.SDS-PAGE结果也表明:苏云金芽胞杆菌LSZ 9408菌株中含有cry1和cry2两种基因,它们编码的杀虫晶体蛋白分子量约为130 kD和65 kD.     

烟草甲虫高毒力苏云金杆菌的分离与筛选

对云南7个优质主产烟区收集的450份烤后烟样,运用4%NaCl培养基选择分离法,分离出苏云金芽孢杆菌475株。其中对含毒蛋白基因cryⅠ及cryⅤ的18个Bt菌株用2龄烟草甲虫进行生物毒力测定,试验9 d后,9个Bt菌株生物毒力测定校正死亡率均超过80%;试验12 d后,5个Bt菌株生物毒力测定校正死亡率均超过95%。同时对分离出的Bt菌进行PCR毒素蛋白基因鉴定,含cryⅠ毒素蛋白基因的Bt菌有7株,出菌率为1.47%;含cryⅤ毒素蛋白基因的Bt菌11株,出菌率为2.32%;没有含cryⅢ毒素蛋白基因的Bt菌。因此,为进一步用苏云金芽孢杆菌防治烟叶仓贮害虫提供了科学依据。     

Cry1Ia和Cry2Ab融合蛋白的表达

[目的]苏云金芽孢杆菌表达的杀虫蛋白Cry1Ia和Cry2Ab对鳞翅目和鞘翅目昆虫具有较好的杀虫活性。为充分利用已有Cry蛋白,本文构建了两者的融合蛋白,并对融合蛋白的原核表达进行检测。[方法]本文将两个基因的编码基因,按照两种先后顺序拼接起来,获得cry1Ia-cry2Ab融合基因和cry2Ab-cry1Ia融合基因。另外,将Cry1Ia蛋白N端第一个α-螺旋(73个氨基酸)的编码序列删除后,接入cry2Ab基因5'端,获得第三个融合基因cry1IaD73-cry2Ab。将3个基因分别插入pHT304载体,并由cry1Ac基因的启动子和终止子调控其在Bt细胞中表达。[结果]SDS-PAGE结果显示,Cry1Ia-Cry2Ab、Cry2Ab-Cry1Ia和Cry1IaD73-Cry2Ab三个融合蛋白均能够在Bt细胞中表达,其测定分子量与预期大小一致,分别约152kDa、152kDa和144kDa。蛋白印迹法分析发现,在表达过程中,三种融合蛋白均有一定比例的降解。另外,不同温度对融合蛋白的表达也有不同程度的影响。[结论]本研究构建了3种融合杀虫基因并在Bt细胞中成功表达,为进一步解析这类融合蛋白的杀虫活性和机理奠定了基础。     

苏云金芽孢杆菌cry1Da5基因的克隆与表达

采用5对引物组合经2轮PCR扩增对苏云金芽孢杆菌QL75-2菌株中的cry基因进行鉴定,克隆得到1个cry1Da型基因片段。通过设计全长引物扩增得到该cry基因的全长序列,转入原核表达载体pET-28a中,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行表达,最后对表达蛋白进行生物活性分析。序列分析结果表明,该cry1Da基因全长3 495 bp,推测其编码1 164个氨基酸,组成分子量约132.01 ku的蛋白质。该预测蛋白质与已知的Cry1Da3蛋白质具有最高的序列同源性(99.7%),该基因被国际杀虫晶体蛋白基因命名委员会正式命名为cry1Da5。生物活性分析结果表明,Cry1Da5蛋白质对鳞翅目的甜菜夜蛾幼虫具有较强的杀虫活性,其LC_(50)为21.47μg/mL,而对鳞翅目的棉铃虫幼虫无杀虫活性。因此,cry1Da5基因可作为一个新的cry基因资源在甜菜夜蛾的生物防治中应用。     

食用菌异迟眼蕈蚊苏云金芽孢杆菌筛选及杀虫蛋白基因鉴定

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫谱广,活性高,可以很好地应用于双翅目眼蕈蚊科的防治。为了筛选出对食用菌异迟眼蕈蚊(Bradysia difformis)有高毒力的苏云金芽孢杆菌菌株,并进行杀虫蛋白基因鉴定,采用醋酸钠-抗生素法,从江苏省南京市紫金山土壤中分离产晶体芽孢杆菌,通过室内毒力测定和对食用菌菌丝影响试验逐步进行筛选,同时进行Bt杀虫蛋白基因型聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性(polymerase chain reaction-restricted fragment length polymorphism, PCR-RFLP)扩增鉴定。结果从分离到的17株产晶体芽孢杆菌中筛选出7个对异迟眼蕈蚊杀虫活性的校正死亡率在50%以上且不影响食用菌菌丝生长的菌株。经16S rDNA基因序列同源性分析,这7株菌与公共数据库中苏云金芽孢杆菌菌株的同源性可达99%以上,初步认定为苏云金芽孢杆菌(B. thuringiensis)。Bt杀虫蛋白基因型鉴定发现,这7个菌株含有cry4/10、cry11、cyt1、cyt2等4个不同的毒蛋白基因型。筛选出的这7株Bt菌株对于防治食用菌异迟眼蕈蚊具有较好的开发利用潜力。     

苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因cry1Ab22的克隆与表达

【目的】克隆并表达苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiens,Bt)杀虫晶体蛋白cry1Ab22基因,为解决昆虫抗性问题提供有效途径,并为构建新型转基因工程菌和转基因植物提供基因材料。【方法】根据GenBank中cry1Ab型基因序列设计1对引物,并加入BamHⅠ和PstⅠ酶切位点。用全长基因PCR产物粘端定向克隆的方法,从苏云金芽孢杆菌S249菌株中扩增到1个苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白cry1Ab型基因cry1Ab22,将其克隆到表达载体pMAL-c2X中,转化大肠杆菌TB1,进行诱导表达,并对表达产物的杀虫活性进行检测。【结果】cry1Ab22基因长度约为3.5 kb;其与已知的cry1Ab3型基因同源性最高,所编码的蛋白质存在5个氨基酸差异。cry1Ab22基因已在GenBank中登录,登录号为EU220269,并被Bt毒素基因国际命名委员会正式命名为cry1Ab22。SDS-PAGE电泳结果表明,cry1Ab22基因表达了170 ku左右的融合蛋白。cry1Ab22蛋白对小菜蛾(Plutella xylostella)的LC50为225.1μg/mL。【结论】S249菌株含有新型的cry1Ab基因,且该基因表达的蛋白具有较强的杀虫活性。     

苏云金芽孢杆菌新菌株GGD-4杀虫晶体蛋白基因分析

利用稀释平板培养法从连云港地区的土壤中分离了一株苏云金芽孢杆菌新菌株GGD-4,通过PCR-RFLP鉴定体系和SDS-PAGE方法分析了此菌株中cry基因类型和表达蛋白。结果表明:该菌株中含有cry1Aa基因型,同时表达130~140kD的蛋白;但EcoRⅠ和PstⅠ酶切结果不同于正常的cry1Aa基因,实验中利用生物信息学方法设计的cry1Aa基因特异引物对扩增后也证明含有cry1Aa基因。室内生测结果显示,该菌株对重要的农业害虫甜菜夜蛾、菜青虫等均有较高的杀虫毒力。     

苏云金芽胞杆菌cry1Aa19基因的克隆、表达及杀虫活性分析

研究根据cry1Aa类基因的全长序列设计全长引物,以苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)菌株LS-R-21的基因组DNA为模板扩增出片段大小为3 600 bp的cry1Aa的全长基因,与大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pEB相连接获得含有cry1Aa全长基因的重组质粒pEB-cry1Aa,转入大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株中,诱导表达出132 ku的蛋白。该蛋白由1 175个氨基酸组成,其分子质量为132.9964 ku。该基因核苷酸序列已在GenBank中登录,登录号为HQ685121,并且被国际基因命名委员会正式命名为cry1Aa19。杀虫活性测定结果表明,cry1Aa对小菜蛾(Plutella xylostella)有很强的杀虫活性,LC50为1.18μg.mL-1。该基因的获得将为害虫抗性研究及高效工程菌的构建提供了重要的试验材料。     

产Zwittermicin A的苏云金芽孢杆菌菌株的筛选及抗性基因zmaR的克隆与表达

 通过PCR方法筛选160株苏云金芽孢杆菌，其中94株含有zmaR基因。测定了含zmaR基因的菌株培养物上清液对草生欧文氏杆菌（Erwinia herbicola）的抑菌活性，结果表明有67株菌有抑菌活性，其中21株抑菌活性较高。经鉴定，抑菌活性较高的G03菌株含有cry1Ac、cry1Aa、cry1Ca和cry2Ab等高毒力杀虫基因，并从G03中克隆了zmaR全长基因，完成了序列测定。该基因编码区为1 125 bp，由核苷酸序列推导的氨基酸残基组成为375个，分子量为43.5 kD，等电点pI4.945。通过载体pET-21b将zmaR基因导入大肠杆菌BL21，可正常表达43.5 kD蛋白，并使宿主菌产生对Zwittermicin A的抗性。     

一株分离自铀矿土壤的苏云金芽孢杆菌的鉴定

从新疆某铀矿厂土样中分离出1株芽孢杆菌,初步确定为苏云金芽孢杆菌(Bt),命名为BRC-ZYR3.该菌株含有3种cry1类基因(cry1Ba、cry1Bb、cry1Be/1Bf)和2种cry9类基因(cry9Ca和cry9Da).Bt BRC-ZYR3可产生5种杀虫晶体蛋白,分别为130、70、50、30和25 ku.此外,该菌株能耐受25 mg·L-1Cr(VI),并在72 h内将其还原至3.8 mg·L-1.     

苏云金芽孢杆菌cry1Ac15基因的克隆及原核表达

[目的]为了分析苏云金芽孢杆菌cry1Ac15基因序列。[方法]以全长基因PCR产物的黏端定向克隆的方法,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pUCM-T相应的酶切产物连接,转化大肠杆菌,获得含有cry1Ac基因的重组质粒pUCLy1Ac。[结果]cry1Ac基因编码区为3 564 bp,编码蛋白分子量为134 kD,含1 184个氨基酸,与cry1Ac3同源性最高,该基因经诱导获得高效表达,SDS-PAGE电泳检测到明显的134 kD蛋白带。[结论]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。     

苏云金芽孢杆菌BJH705菌株cry7Ab基因的克隆及表达

从海南地区土壤中分离得到1株苏云金芽孢杆菌(Bt)BJH705。经PCR鉴定结果显示,该菌中含有cry7Ab类基因,其晶体形态为双锥形;以全长引物对其进行扩增,得到大小为3 417 bp的片段;通过SDS-PAGE结果显示,此菌株Cry7Ab杀虫晶体蛋白分子量约为130 ku,编码1 139个氨基酸残基,等电点为4.83;序列已提交Gen Bank注册,登录号为KX010669;对Cry7Ab蛋白的跨膜区域进行分析,得到此蛋白由亲水域和疏水域形成跨膜区,其跨膜区大约由19个疏水氨基酸组成,经Cry7Ab蛋白保守结构域分析含有3个结构域。     

基于cry1Ac表达调控元件的苏云金芽孢杆菌表达载体构建

通过克隆cry1Ac基因BtI-BtII启动子、SD序列以及终止子,并引入pET28a的His标签和多克隆位点,在穿梭载体pHT304的基础上构建了一个苏云金芽孢杆菌表达载体pBMB1A。将cry1Ac以及具有非典型BtI-BtII启动子的cry2Ab、cry5Ba、cry6Aa、cry7Ba、cry55Aa 6个基因装载到该表达载体上,转入BMB171构建了重组菌株,通过复红简单染色后的显微镜镜检结果表明,重组菌株BMB1A-1Ac、BMB1A-5Ba、BMB1A-7Ba和BMB1A-55Aa均能形成正常晶体,SDS-PAGE结果也证实这4个重组菌株的重组质粒均能表达出目的蛋白。同时,选取重组菌株BMB1A-1Ac来考察His标签对Cry1Ac杀虫活性的影响,生物活性测定结果显示重组菌株的LC50值与对照菌株相比无明显差异。该载体可用于快速克隆表达不同类别的Cry蛋白。     

苏云金芽孢杆菌cry基因PCR-RFLP鉴定体系的建立

根据苏云金芽孢杆菌（Bt）cry2、cry3、cry4/cry10型基因的保守区分别设计了3对通用引物S5un2/S3un2、S5un3/S3un3和S5un4/S3un4。PCR扩增产生约1.2kb、1.4kb和1.5kb的产物,然后分别用HincⅡ/MspⅠ、Bg1Ⅱ/PstⅠ和BstEⅡ/DraⅠ酶切,并经RFLP分析鉴定Bt菌株的cry基因型。利用该方法对含已知cry2、cry3、和cry4/cry10型基因的Bt菌株和遗传工程菌进行基因分析,得到的结果与预测的RFLP相符,证明该方法可行。在此基础上对14株Bt分离株的基因型进行了鉴定,其中有9株分离株含cry2型基因;仅菌株Bt22含cry3型基因;所有被测菌株均不含cry4/cry10型基因。     

cry1Ac基因启动子表达Vip3Aa蛋白特性分析

苏云金芽胞杆菌cry基因启动子常用于构建蛋白表达载体。为探讨苏云金芽胞杆菌cry基因启动子指导Vip3Aa蛋白表达情况及杀虫活性,以p UC19载体为基础,运用重叠引物PCR方法构建Vip3Aa11表达载体,并与由T7启动子指导的Vip3Aa11表达蛋白杀虫活性、抗胰蛋白酶稳定性比较,初步探索发酵条件。结果表明,cry1Ac启动子与T7启动子均在上清液中表达大小为88 ku Vip3Aa11蛋白,对甜菜夜蛾、棉铃虫杀虫活性差异不显著,cry1Ac基因启动子在37℃、48 h更适合Vip3Aa11蛋白的表达,为vip基因表达、功能验证及杀虫机理等研究提供新思路。