一株苏云金芽胞杆菌新菌株的基因型及其杀虫活性

苏云金芽胞杆菌Bt WL-1是本实验室自行分离得到的对鳞翅目多种害虫都具有较高活性的野生菌株。本研究利用扫描电镜观察发现,该菌株产生菱形伴孢晶体蛋白,该晶体蛋白对鳞翅目棉铃虫、二点委夜蛾、小菜蛾和小地老虎等2龄幼虫都具有较高的毒力。利用Bt基因通用引物PCR扩增得到该菌株含有cry1基因,8%SDS-PAGE检测得到该菌株只含有分子量为130kDa的蛋白主带。质谱分析表明,该蛋白主带和Bt Cry1Ac、Cry1Ab、Cry1Ea、Cry1Ae、Cry1Db和Cry1Aa蛋白具有较高的同源性。     

苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白对棉铃虫活性分析

利用已克隆的5种Bt Cry基因Cry2Ab4、Cry1Ia8、Cry1Ie1、Cry1Ca7、Cry1Cb2和1种野生菌株HD-73(Cry1Ac)表达的6种Bt Cry杀虫晶体蛋白,对棉铃虫进行生物活性分析,并将Cry1Ac杀虫晶体蛋白分别与其它5种Cry蛋白按1:1的比例组合,对棉铃虫进行生物活性测定。结果表明,单独使用Cry1Ac时对棉铃虫活性最高,LC50为3.16μg·mL-1,其次为Cry2Ab4。Cry1Ac与Cry2Ab4组合对棉铃虫也有较高的活性,LC50为48.70μg·mL-1,该组合对棉铃虫的共毒系数为1.21,有相加作用。Cry1Ac与这5种蛋白的组合对棉铃虫都有较高的毒力。     

苏云金芽胞杆菌cry1Ia32基因克隆和原核表达的研究

根据GenBank中cry1I类基因序列设计特异性引物,以Bt SC-13菌总DNA为模板PCR扩增得到2 151bp的cry1Ia全长基因。该基因编码蛋白由717个氨基酸组成,相对分子量为80.9kDa,等电点为6.57,编码蛋白与Cry1Ia1(CAA44633)亲缘关系最高达99.03%的序列同源性,该蛋白被Btδ-内毒素国际命名委员会正式命名为Cry1Ia32(登录号为JX944039)。cry1Ia32基因通过表达载体pET-21b在大肠杆菌中高效表达分子量为81kDa的蛋白,诱导表达的Cry1Ia32蛋白对棉铃虫和甜菜夜蛾的2龄幼虫具有较高杀虫活性,LC50值分别为0.025mg/mL和0.011mg/mL,为抗虫转基因植物研究提供了新的基因。     

对美国白蛾高毒力苏云金杆菌菌株的筛选

为获得对美国白蛾(Hyphantria cunea(Drury))高毒力苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株,本研究以43株Bt自然分离株为材料,经初步筛选和LC50测定得到了对美国白蛾幼虫高毒力菌株Bt S-19,在此基础上对该菌株的生物学特性进行了初步研究。结果表明,野生株间对美国白蛾活性差异明显,LC50测定结果经DPS软件分析,菌株Bt S-19活性最好,处理72 h后对初孵幼虫LC50值为1.8×105cells/mL,浓度对数回归方程为Y=1.082 9+0.744 4X,相关系数为0.988 8,明显好于标准菌株HD-1;对二龄、三龄、四龄和五龄幼虫72 h的LC50值分别为2.3×105、8.1×105、1.3×106和3.1×106cells/mL。光学显微镜下观察发现该菌株晶体为小菱形,生长对数期为2~5 h。推断该菌株是一株对美国白蛾有应用潜力的Bt野生株。     

转双Bt基因欧洲黑杨毒蛋白季节变化及抗虫性分析

利用美国白蛾和柳蓝叶甲对转Cry1Ac-Cry3A-BADH-MtlD基因欧洲黑杨进行抗虫性筛选,对筛选出具有双高抗虫性的5个转基因株系进行外源基因PCR检测,利用酶联免疫吸附法(ELISA)对5个转基因株系叶片Bt毒蛋白含量进行检测,分析5个转基因株系叶片中2个Bt基因在生长季节不同时期的表达情况,对其差异进行分析;检测转基因株系对不同虫龄美国白蛾和柳蓝叶甲的抗性。结果表明:(1)初步筛选出5个高抗虫性的转基因株系1号、7号、9号、11号和12号,其对美国白蛾和柳蓝叶甲1龄幼虫致死率均超过90%以上;(2)PCR检测结果表明5个转基因株系叶片中均检测Cry1Ac-Cry3A基因条带,而对照则未检测到,证明外源基因均已插入到受体杨树基因组中;(3)转基因株系均检测到Bt毒蛋白,而对照则未检测出。从6月至10月,转基因株系叶片中Cry1Ac毒蛋白的表达量总体呈上升趋势,但在6月、7月略有下降;Cry3A毒蛋白的表达量从6月至10月总体呈下降趋势;(4)美国白蛾和柳蓝叶甲随虫龄的增大致死率呈下降趋势,不同转基因株系间抗虫性存在显著差异。     

新疆棉区棉铃虫对Bt毒蛋白(Cry1Ac蛋白)敏感基线的测定

[目的]测定新疆棉区棉铃虫对Bt毒蛋白(Cry1Ac蛋白)的敏感基线.[方法]实验采用梯度浓度测定法对新疆8个主要常规棉区的棉铃虫进行敏感性测定.[结果]测得新疆棉区棉铃虫对Bt毒蛋白(Cry1Ac)的敏感基线:平均致死中浓度(LC50)为0.033 μg/mL,范围为0.022～0.048 μg/mL.LC90的值为0.899 μg/mL,范围为0.526～1.333 μg/mL.抗性识别浓度LC99的值为1.020 μg/mL.采集的所有种群都对Bt毒蛋白(Cry1Ac)具有高度的敏感性.95;置信区间方差分析表明,新疆主要常规棉区棉铃虫对Bt毒蛋白(Cry1Ac)的敏感度差异不显著.[结论]实验所得到的数据可作为今后新疆棉区棉铃虫抗性监测的基准.     

对棉铃虫高杀虫活性苏云金芽胞杆菌菌株的筛选

采用生物活性测定方法对实验室分离保存的73株Bt菌株进行杀棉铃虫幼虫的筛选,获得了3株对棉铃虫具有显著杀虫活性的菌株,其胞晶混合物对棉铃虫幼虫的LC50值为413. 43～574. 30μg·m L-1。对这3株Bt菌株研究发现,其产生的伴胞晶体类型包括菱形和方形,伴胞晶体蛋白编码基因的类型主要有cry1Aa、cry1Ab、cry1Ac、cry1Ia、cry2Ac、cry2Ah、cry4Ba、cry9Ea、cyt2Aa等,这些Bt菌株均表达约60 k Da和130k Da伴胞晶体蛋白。这3株Bt菌株的鉴定为棉铃虫的生物防治提供新的菌株资源和基因资源。     

新型vip3Aa基因的克隆表达及活性分析

采用vip通用引物对苏云金芽胞杆菌TB22-5菌株中的vip基因进行鉴定,克隆得到一个vip3Aa型基因片段。通过生物信息学分析,设计并合成全长引物对vip3Aa型基因完整序列进行扩增,再转入原核表达载体pET-28a,并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,最后对表达蛋白进行杀虫活性分析。序列分析结果表明,此基因序列总长为2 370 bp,预测其编码蛋白由790个氨基酸组成,分子量约为88.5 ku;该预测蛋白质与已报道的Vip3Aa9蛋白序列存在最高的同源性,约为99.1%,该基因被正式命名为vip3Aa66。生物活性分析结果表明,Vip3Aa66蛋白对鳞翅目甜菜夜蛾幼虫具有显著的杀虫活性,其LC50为23.75μg/m L,对鳞翅目的棉铃虫幼虫活性较低,其LC50为243.87μg/m L。vip3Aa66基因可作为一个新的vip基因资源在棉铃虫和甜菜夜蛾的生物防治中应用。     

Cry1Ab13杀虫基因的PCR诱变及功能验证

【目的】通过易错PCR技术克隆一种新的Cry1Ab13基因,以利用Cry类Bt基因提高作物抗虫性,丰富基因资源。【方法】利用易错PCR技术对苏云金芽孢杆菌Cry1Ab13基因进行随机诱变,构建突变体文库,筛选获得突变株Cry1Ab13-1,将该基因构建原核重组表达载体后转化到大肠杆菌中进行异源表达,并利用表达的目的蛋白进行抗虫鉴定。【结果】序列分析表明,突变株Cry1Ab13-1基因序列全长2 036bp,与原始碱基序列的一致性为97.79%,有2个碱基发生突变,导致该基因编码的氨基酸序列中有2个氨基酸改变,分别是第130位由脯氨酸变成丝氨酸,第383位由丝氨酸变成苏氨酸;改变后的氨基酸序列与原始氨基酸序列一致性为96.97%。在线分析表明,该基因与已知过敏源的序列同源性低于35%,不存在致敏性。SDS-PAGE电泳分析表明,表达蛋白分子质量大小为79.5ku,与预期结果相符。抗虫鉴定表明,处理72h时表达的目的蛋白对小菜蛾(Plutella xyllostella)幼虫的致死率达87.88%,明显高于未突变基因对照组的幼虫死亡率;对亚洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)幼虫的致死率达81.11%,而且存活的亚洲玉米螟幼虫的生长发育受到明显抑制。【结论】成功克隆了Cry1Ab13-1抗虫基因,且该基因对小菜蛾幼虫和亚洲玉米螟幼虫均具有高效的杀虫活性。     

转双Bt基因巨霸杨外源基因表达及抗虫性检测

为提高转基因杨树中Bt基因的表达效率并扩大抗虫谱,以同时转入Cry1Ac和Cry3A基因的转双Bt基因巨霸杨(Populus deltocdes‘55/56’×P.deltocdes‘2KEN8’)株系1年生苗为材料,对外源基因的表达和抗虫性进行检测。经PCR检测,证明目的基因已被整合到巨霸杨基因组中。利用荧光定量PCR和ELISA技术检测了4个转基因株系叶片中Bt基因的转录丰度和毒蛋白表达量。结果表明:不同株系间Bt基因的转录丰度存在显著差异,Cry3A基因的转录丰度显著高于Cry1Ac基因的转录丰度;2种Bt毒蛋白表达量在各株系间存在显著差异,Cry3A毒蛋白质量分数均显著高于Cry1Ac毒蛋白质量分数。各株系对鳞翅目害虫美国白蛾(Hyphantria cunea)幼虫抗虫效果不明显,且无显著差异;对鞘翅目害虫柳蓝叶甲(Plagiodera versicolora)表现出极高抗虫效果,且均显著高于转单基因Cry3A 741杨高抗株系CC84,不同株系间存在显著差异。     

新Cry1B蛋白基因的筛选与鉴定

[目的]Cry1B类杀虫蛋白对鳞翅目和鞘翅目昆虫具有较好的杀虫活性,具有广阔的应用前景。为进一步挖掘并研究Cry1B类蛋白。[方法]本文使用一对引物对24个Bt菌株进行定性PCR反应,尝试筛选新的cry1B基因。该引物能够扩增包括Cry1B蛋白N-端3个结构域在内的718个氨基酸编码序列。[结果]共有8个菌株包含cry1B基因,约占筛选菌株的33.3%。序列分析发现,获得8个基因中有6个为新基因,其中6-1和15-1基因编码氨基酸序列与Cry1Bd1完全相同;9-1、10-1、18-1、20-1和21-1对应氨基酸序列与Cry1Bd1的一致性≥98.5%;而4-1基因编码的氨基酸序列与Cry1Bb1和Cry1Bc1蛋白N-端仅差1个氨基酸,需要进一步鉴定C-端长尾的编码序列以判断其所属亚类。[结论]本研究获得6种新型Cry1B蛋白基因,为进一步解析这类蛋白的杀虫活性和机理提供了丰富的材料。     

Bt毒素受体钙黏蛋白的酶联免疫检测方法

报道了3种鳞翅目昆虫(棉铃虫、斜纹夜蛾、二化螟)中肠细胞膜上Bt毒素受体--钙黏蛋白的酶联免疫(ELISA)检测方法.在这3种鳞翅目幼虫中肠BBMV(brush border membrane vesicles)粗提液中,棉铃虫和斜纹夜蛾的总蛋白含量相近,而二化螟中肠BBMV的总蛋白含量较低,大约为棉铃虫的一半.采用棉铃虫钙黏蛋白合成多肽的多克隆抗体对3种幼虫的BBMV进行了ELISA分析,建立了ELISA检测的方法与条件,当用该抗体检测二化螟幼虫的BBMV时灵敏度很高,其次是斜纹夜蛾与棉铃虫幼虫.     

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LC₅₀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。     

生物信息学分析

 不同来源的苏云金芽孢杆菌能产生多种多样的晶体(Cry)蛋白。基于这个特性,人们可以通过基因工程的手段向工程菌中转入编码多种Cry毒素的基因来控制虫害。通过DNA重组技术,从Bt HZM2菌株中克隆出了cry1Ea基因,对其进行了生物信息学分析,同源比对结果表明,cry1Ea8基因的核苷酸序列与已知cry1Ea的同源性为99.77%~99.91%,对应的氨基酸序列同源性为99.49%~99.74%。对cry1Ea8基因的分析还揭示出了cry1Ea8及其编码蛋白的一些生物和理化性质。结构域预测表明,Cry1Ea8由3个结构域组成,其中N-末端螺旋状结构域与膜插入与孔隙形成有关,而第二和第三个结构域与受体的结合有关。该研究为转基因抗虫植物和微生物杀虫工程菌的构建提供了新的基因来源。     

1株对多种害虫高活性的苏云金杆菌Bt CYZ-4

通过生物测定得到了对多种重要农林害虫高活性的苏云金杆菌菌株Bt CYZ-4,对其基因型鉴定表明:该菌株基因型较丰富.该菌株对粘虫(Mythimna separata)初孵幼虫48h LC50为6.6×106个/mL(芽孢密度);对美国白蛾(Hyphantria cunea)、甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)初孵幼虫72h LC50分别为2.9×106、2.25×105和4.7×106个/mL;对林业害虫杨扇舟蛾(Clostera anachoreta)二龄幼虫72h LC50为1.7×106个/mL,同时该菌株对卫生害虫淡色库蚊(Culex pipiens paliens)也表现出较好的活性,24h LC50为2.01×105个/mL.利用cry1、cry2、cry3、cry7、cry8、cry9和vip3A基因引物对该菌株进行基因型鉴定,并对其扩增片段进行限制性酶切分析,结果表明,该菌株含有cry1Ac、cry1Ab、cry2Ab和vip3A基因,不存在cry3、cry7、cry8、cry9基因,其它基因型仍有待鉴定.SDS-PAGE分析表明,晶体蛋白质的分子质量主要为130、70、57、27ku,营养期为88ku.该菌株是一株具有应用潜力的Bt野生株.     

华北地区棉铃虫与转Bt杀虫蛋白基因棉花间的互作研究

转Bt杀虫蛋白基因棉花（Bt棉）对棉铃虫杀虫活性存在明显的时间差异和器官间的差异。其杀虫活性在华北地区的第二代棉铃虫发生期较高,而在第三、四代发生期明显降低。在不同器官之间,花的杀虫效果最低。棉铃虫初孵幼虫从Bt棉的花上开始取食,存活幼虫可继续取食棉铃,其相对化蛹率达28.1%,并能正常羽化,致使Bt棉在田间对第三、四代棉铃虫起到抗性汰选作用。棉铃虫幼虫在室内经Bt棉汰选17代,平均每代的汰选强度为67.2%,对Cry1A型Bt杀虫蛋白的抗性指数增至7.1倍,导致Bt棉对汰选种群的抗虫等级由高抗级降低为中抗级。根据试验结果讨论了我国Bt棉的抗性预防和治理对策。     

苏云金芽孢杆菌Cry1Ac原毒素、毒素制备及其对棉铃虫的毒力测定

对提取苏云金芽孢杆菌Cry1Ac原毒素与活化毒素的制备方法进行了改进,经牛胰蛋白酶作用后用等电点沉淀法和纯化法获得毒素.对样品进行SDS-PAGE分析,并测定其对棉铃虫初孵幼虫的毒力.结果表明制备的Cry1Ac原毒素和毒素降解较少,杀虫活性高.     

木毒蛾氨肽酶N1基因克隆与表达分析

[目的]氨肽酶N(APN)是昆虫中肠一类重要的Bt受体蛋白,Bt细菌产生的Cry毒素对昆虫的毒杀作用机理在学术界存在一定争议,但是普遍认为毒素与Bt受体蛋白的结合是产生毒力的必要环节.本研究通过基因克隆、生物信息学分析以及不同龄期组织中的表达对木毒蛾APN1基因进行研究,为后续研究APN基因家族、其他Bt受体蛋白及Cr...     

苏云金芽孢杆菌cry1Ea基因的克隆及 生物信息学分析

不同来源的苏云金芽孢杆菌能产生多种多样的晶体(Cry)蛋白.基于这个特性,人们可以通过基因工程的手段向工程菌中转入编码多种Cry毒素的基因来控制虫害.通过DNA重组技术,从BtHZM2菌株中克隆出了cry1Ea基因,对其进行了生物信息学分析,同源比对结果表明.cry1Ea8基因的核苷酸序列与已知cry1Ea的同源性为99.77%～99.91%.对应的氨基酸序列同源性为99.49%～99.74%.对cry1Ea8基因的分析还揭示出了cry1Ea8及其编码蛋白的一些生物和理化性质.结构域预测表明,Cry1Ea8由3个结构域组成,其中N-末端螺旋状结构域与膜插入与孔隙形成有关,而第二和第三个结构域与受体的结合有关.该研究为转基因抗虫植物和微生物杀虫工程菌的构建提供了新的基因来源.     

棉铃虫中肠特异性结合蛋白ABCC1对Cry1Ac毒力的影响

【目的】 研究棉铃虫（Helicoverpa armigera）中肠蛋白ABCC1（HaABCC1）与Cry1Ac的结合特性及对Cry1Ac毒力的影响,明确HaABCC1在Cry1Ac杀虫机制中的作用。【方法】 分析HaABCC1基因序列,设计引物,通过原核表达得到HaABCC1两个跨膜区片段的蛋白,与Cry1Ac进行Ligand blot试验,验证其与Cry1Ac的体外结合特性;利用RNAi技术干扰棉铃虫幼虫的HaABCC1,在3龄幼虫腹部注射siABCC1,比较HaABCC1的表达量及Cry1Ac处理后棉铃虫死亡率的变化;通过细胞转染将ABCC1导入Sf9细胞系中,确定pAc-ABCC1重组质粒转入Sf9细胞后,用细胞生物测定的方法比较Cry1Ac处理后细胞死亡率的变化;比较敏感品系（96S）和Cry1Ac抗性品系（BtR）棉铃虫的HaABCC1基因全长序列,并通过荧光定量RT-PCR检测HaABCC1在抗、感棉铃虫中的表达量。【结果】 HaABCC1跨膜区TMD1和TMD2在Escherichia coli BL21（DE3）感受态细胞中成功表达,两个HaABCC1跨膜区片段蛋白均能与活化的Cry1Ac在体外结合;棉铃虫注射siABCC1后,HaABCC1的表达量显著下降,与未注射的棉铃虫、注射DEPC水和siEGFP的棉铃虫相比,用活化的Cry1Ac蛋白处理HaABCC1被干扰的棉铃虫,其幼虫死亡率显著降低,表明棉铃虫幼虫的HaABCC1被干扰后,能显著降低Cry1Ac对棉铃虫的毒力;用活化的Cry1Ac蛋白处理成功转入HaABCC1的Sf9细胞,与对照Sf9细胞相比,细胞的死亡率明显上升,表明将HaABCC1导入Sf9后能显著提高Cry1Ac处理后的细胞死亡率;抗性品系（BtR）与敏感品系（96S）棉铃虫的HaABCC1氨基酸序列没有差别,但抗性品系BtR棉铃虫HaABCC1的表达量显著降低。【结论】 HaABCC1是Cry1Ac的特异性结合蛋白,可能是Cry1Ac的功能受体蛋白,并可能参与对Cry1Ac的抗性机制。