用于转基因玉米品系检测的PCR芯片的应用研究

本研究旨在建立一种能够对多种转基因玉米进行同时检测的PCR芯片,用于玉米及其制品中的转基因成分的检测。在实验中选择了6种转基因玉米品系(BT10、BT11、BT176、GA21、MON863、MON89034)和1种非转基因玉米作为实验材料,对PCR芯片的特异性和灵敏度进行了测试。结果表明,该研究成功构建了能够同时对6种转基因玉米品系进行检测的PCR芯片,且芯片具有较高的特异性,检测灵敏度可达0.1%。该PCR芯片检测结果可靠,可用于玉米及其制品转基因成分的检测。     

多重PCR-DHPLC法检测转基因棉花品系

根据3种转基因棉花品系的边界序列设计品系检测引物,建立了一种特异性检测转基因棉花品系MON531、MON1445和MON15985的多重PCR-DHPLC方法。以20种不同的转基因及非转基因作物DNA验证该方法的特异性,结果只有MON531、MON15985和MON1445有特异的品系扩增片段峰,而其他转基因和非转基因作物无品系扩增片段峰,表明该方法特异性强。灵敏度实验结果表明3种转基因棉花的检测下限均为1 ng,灵敏度高。建立的方法可用于转基因棉花MON531、MON1445和MON15985品系及含有其成分产品的筛查或定性检测。     

水稻螟虫对4种Bt杀虫蛋白的敏感性测定

采用人工饲料喂毒法和浸叶喂毒法测定了二化螟、大螟和稻纵卷叶螟初孵幼虫对4种Bt杀虫蛋白的敏感性。二化螟对Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1C和Cry2A的LC50分别为1.739、2.6452、.794 ng/mg和15.965 ng/mg;大螟依次为2.455、10.046、11.803 ng/mg和35.359 ng/mg;稻纵卷叶螟依次为4.000、1.611、69.031μg/mL和12.708μg/mL。作者就不同水稻螟虫对不同Cry蛋白的敏感性差异及其在转基因抗虫作物中的应用作了讨论。     

转基因玉米Mir162品系的实时PCR及可视芯片检测方法研究

本研究以转基因玉米品系Mir162的性状基因vip3a为靶标,建立了实时荧光PCR和可视芯片检测方法。结果表明两种方法都能特异性检测玉米Mir162品系,其中实时荧光PCR检测的相对灵敏度可达0.001%,可视芯片检测灵敏度达0.01%。本研究建立的方法可用于进境转基因玉米中Mir162品系的检测。     

二重荧光定量PCR检测转基因大豆DAS81419

本文针对大豆内源基因Lectin和转基因大豆DAS81419品系的5′端插入位点序列,设计特异性引物及探针,建立了同时检测转基因大豆DAS81419品系和大豆内源基因Lectin的二重荧光定量PCR方法,运用15种转基因大豆、3种转基因玉米、1种转基因油菜、1种转基因水稻和非转基因大豆对该方法进行了特异性评价,并分析了该方法的灵敏度和稳定性。结果显示,该方法能准确从20种转基因样品和1种非转基因样品中检出靶目标,检测结果与待检样品信息一致,表明本方法具有良好的特异性;灵敏度高达0.01%;并具有良好的重复性。该方法特异性强、灵敏度高、稳定性强,适用于各口岸实验室进行转基因大豆DAS81419的快速、准确的检测。     

Cry1Ac抗性亚洲玉米螟对四种Bt蛋白的交互抗性

种Bt蛋白Cry1Ac、Cry1Ab、Cry1Ah和Cry1Ie对敏感品系ACB-BtS和抗性品系ACB-AcR的毒力,结果显示,ACB-AcR对Cry1Ah的相对抗性倍数达14.9倍,有显著的交互抗性;对Cry1Ab的相对抗性倍数为4.3倍,交互抗性水平较低;对Cry1Ie的相对抗性倍数为0.9,即无交互抗性.4种蛋白对抗、感品系的EC50表明,ACB-AcR品系对Cry1Ac蛋白产生了显著的抗性,相对抗性达到32.6倍,对Cry1Ah和Cry1Ab有低水平的交互抗性,而对Cry1Ie没有交互抗性.     

二化螟Cry1Ac汰选品系对不同Bt蛋白的敏感性

为明确靶标害虫对Bt蛋白的抗性及对不同类型Bt蛋白的交互抗性,采用生物测定法进行了二化螟Chilo suppressalis(Walker)敏感品系和Cry1Ac汰选品系在Cry1Ac毒饲料上的时间-死亡率反应、对不同Bt杀虫蛋白的敏感性及不同Bt蛋白复配组合对二化螟毒力效果的研究。结果表明,二化螟Cry1Ac汰选品系已对36.67μg/mL(LC_(50))的Cry1Ac杀虫蛋白产生了一定的适应性,但对308.69μg/mL(LC90)的Cry1Ac蛋白反应仍较敏感。Cry1Ac敏感品系和汰选品系对Cry1Ab蛋白的LC_(50)分别为1.40μg/mL和3.86μg/mL,二者差异显著,但对Cry1Ca(1.63μg/mL和1.73μg/mL)或Cry2Aa(127.48μg/mL和144.50μg/mL)的LC_(50)差异不显著,即Cry1Ac汰选品系与Cry1Ab存在明显的交互抗性,但与Cry1Ca和Cry2Aa不存在交互抗性。在不同Bt蛋白复配组合中(1∶1复配),Cry1Ab+Cry1Ca、Cry1Ab+Cry2Aa和Cry1Ca+Cry2Aa增效作用最为显著。表明抗虫基因cry1Ca和cry2Aa可作为双价转基因抗虫水稻研发的候选基因。     

黄曲霉毒素B1液相芯片定量检测方法的探索

采用间接竞争法的原理和液相芯片技术平台,选用黄曲霉毒素B1(AFB1)多克隆抗体对AFB1的定量检测方法进行了探索。通过优化偶联抗原浓度,确定AFB1多抗临界饱和浓度和抗原抗体最佳孵育时间,建立了AFB1液相芯片定量检测方法。以通用的IC50值作为灵敏度衡量标准,其灵敏度为1.33 ng/mL,以IC10作为最低检测限衡量标准,其最低检测限为0.15 ng/mL,线性方程为y=0.000 6x+0.000 8。应用该方法对脱脂牛奶和全脂牛奶中的AFB1进行添加回收率检测,在2.0～16.0 ng/mL添加水平下,平均回收率均大于75%,相对标准偏差介于2.80%～4.69%(n=7)之间。经过实际样品的检测,证明该方法灵敏、稳定、快速、简便,适用于大量样本的检测。     

转基因溶菌酶羊hLZ-J1品系特异性数字PCR方法及样本中痕量转基因成分检测

人溶菌酶是一种天然抗生素,具有抗细菌、真菌,抗炎症,预防感染等功能。转基因溶菌酶山羊可以在乳腺中特异性表达,从而可以从羊乳中规模化制备溶菌酶。本研究旨在建立一种适用于痕量样本中转基因溶菌酶羊成分定量检测的品系特异性数字PCR方法,并利用该方法对山羊的血液、羊奶、粪便和环境土壤样本等进行检测,用于对转基因溶菌酶山羊成分的溯源。建立的数字PCR方法具有高特异性、灵敏度、准确性,检测限和定量限低至15个拷贝每个反应,可以对羊血、羊乳等制品进行准确的定量检测。研究结果还表明该方法可以准确测定粪便和环境土壤样本中的痕量转基因溶菌酶羊成分,可进一步用于转基因动物外源基因的水平转移检测及环境风险评估。     

超声波处理对水稻种子转基因成分荧光PCR检测的影响

以转基因水稻科丰6号含量0.1%(m/m)与0.01%(m/m)的水稻种子为样品,对影响检测结果的DNA提取过程中样品CTAB裂解缓冲液常规温育与超声波温育处理进行比较分析。结果表明,在不同样品颗粒细度的样品中,无论温育时间10 min、30 min还是1 h,CTAB缓冲液超声波温育处理与常规温育处理比较,获得的DNA质量浓度有明显提高,转基因成分NOS、Cry1Ab、Kf6(Ub-C)的荧光PCR检测Ct值差异达到极显著,超声波温育处理30 min、1 h可基本达到常规温育处理4 h或8 h的样品荧光PCR检测效果,使得水稻种子转基因成分荧光PCR检测时间至少节省3~7 h,大幅度提高了检测效率。     

亚洲玉米螟对Cry9Ee与Cry1Ab蛋白的交互抗性分析

Cry9Ee是近年来发现的对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)等害虫具有高毒力的蛋白,具有良好的应用前景。为了明确亚洲玉米螟对Cry9Ee和Cry1Ab蛋白是否存在交互抗性,本文首先分别表达、活化、纯化了Cry9Ee和Cry1Ab蛋白,进而对敏感和Cry1Ab抗性亚洲玉米螟进行生物活性测定;随后对2种蛋白在敏感亚洲玉米螟中肠刷状缘膜囊泡(brush border membrane vesicles,简称BBMVs)上的结合进行分析比较。生物活性测定结果表明,Cry9Ee和Cry1Ab蛋白的活性片段对敏感亚洲玉米螟的LC₅₀分别为3.04和0.89 μg/g;而Cry9Ee活性片段在5.00 μg/g的浓度下,对Cry1Ab蛋白抗性亚洲玉米螟致死率高达96%,与对敏感种群活性相当。竞争结合试验表明,Cry9Ee和Cry1Ab两种蛋白间不存在竞争结合,推测它们在亚洲玉米螟中肠上存在不同的受体。综合生物活性测定及体外结合试验两方面结果得出结论：亚洲玉米螟对Cry9Ee与Cry1Ab蛋白不存在交互抗性。cry9Ee基因可以作为理想的候选基因,用于我国新一代转基因抗虫玉米的研制,为延缓和克服亚洲玉米螟对转基因抗虫玉米抗性的产生提供重要保证。     

对黏虫具有杀虫活性的Bt蛋白筛选及分析

为筛选对黏虫[Mythimna separata(Walker)]具有毒杀作用的苏云金芽胞杆菌杀虫蛋白,本研究提取Cry1类、Cry2类、Cry9类及Vip3A类等11种蛋白,通过人工饲料喂毒方法对黏虫进行生物活性测定。结果表明,Cry1Ac、Cry1Ab、Cry2Ab、Cry1Be及Cry1Bb蛋白对黏虫具有杀虫活性,其致死中浓度依次为5.09、17.71、26.75、27.42及43.93μg/g;Cry9Aa、Cry9Eb、Cry9Ee蛋白对黏虫生长具有抑制作用,其浓度为10μg/g时的体重抑制率分别为78.4%、79.0%、86.9%,浓度为100μg/g时的体重抑制率分别为92.8%、95.7%、96.7%;Cry1Ba、Cry1Ca和Vip3Aa蛋白对黏虫无显著活性。本研究为黏虫的生物防治奠定了基础,并为抗虫转基因作物的研究提供优良的候选基因。     

转基因抗虫耐除草剂(Cry1Ac+EPSPS)玉米对草甘膦耐受性研究

将具有我国自主知识产权的抗虫、耐除草剂基因转化到玉米中获得兼具抗虫和耐除草剂的复合性状转基因玉米,实现了玉米复杂性状的有效改良,研究了转耐除草剂CC-2基因和可表达Bt毒素的cry1Ac基因的双抗玉米对除草剂的耐受性及目标蛋白表达量。通过调查喷施除草剂后玉米植株存活率及株高和生长发育情况,研究了转抗虫耐除草剂基因玉米‘CC-2×BT799’、抗虫玉米‘BT799’、耐除草剂玉米‘CC-2’,以及常规玉米‘郑58’在田间对除草剂的耐受性,并用ELISA测定了供试品种中CP4EPSPS和Cry1Ac蛋白含量。对草甘膦的耐受性试验表明,转复合基因玉米‘CC-2×BT799’与单抗草甘膦品种‘CC-2’对草甘膦均具有良好的耐受性。心叶期喷施草甘膦推荐施用剂量中量和2倍剂量对其株高和后期生长发育无不良影响。ELISA检测显示,CP4EPSPS蛋白在雄穗中的表达量较叶片稍高。且双抗品种‘CC-2×BT799’较‘CC-2’中的CP4EPSPS蛋白含量稍高。在雄穗中,‘BT799’的Cry1Ac蛋白含量与‘CC-2×BT799’相当。在叶片中,‘BT799’的Cry1Ac蛋白含量约为‘CC-2×BT799’的2倍。抗虫耐除草剂玉米能够有效抵御草甘膦的喷施,Cry1Ac蛋白含量在不同品种不同组织中存在差异。     

对暗黑鳃金龟成虫具有杀虫活性的Bt蛋白筛选

暗黑鳃金龟Holotrichia parallela是一种重要的农业害虫,其成虫和幼虫均能对多种作物造成严重危害。为筛选对暗黑鳃金龟成虫具有毒杀活性的Bt蛋白,本研究首先对暗黑鳃金龟成虫的生活习性进行观察,用浸泡蛋白的榆树叶饲喂成虫,建立了Bt蛋白对暗黑鳃金龟成虫的生物学活性测定方法;制备了6种Bt Cry8类杀虫晶体全长蛋白和胰蛋白酶消化蛋白,对暗黑鳃金龟成虫进行了杀虫活性测定。初筛结果发现Cry8Ga1原毒素和消化蛋白均对暗黑鳃金龟成虫具有较高毒杀活性,其在浓度1.0 mg/mL时对暗黑鳃金龟成虫的7 d校正死亡率分别为100%和55%。为更进一步确定Cry8Ga1蛋白的杀虫活性,进行了致死中浓度测定,7 d生测结果显示,Cry8Ga1原毒素的LC₅₀为0.387 mg/mL （95%置信区间为0.108~0.746 mg/mL）,Cry8Ga1蛋白经胰蛋白酶消化后的LC₅₀为0.702 mg/mL （95%置信区间为0.150~2.664 mg/mL）。取食Cry8Ga1原毒素蛋白及其消化蛋白后的暗黑鳃金龟成虫中肠细胞产生显著的病理学变化。本研究筛选到对暗黑鳃金龟成虫有毒杀作用的Bt蛋白,研究结果将为金龟子的生物防治开辟新的途径。     

入侵云南草地贪夜蛾种群对5种常用Bt蛋白的敏感性评价

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J. E. Smith)是原分布于美洲大陆热带和亚热带地区的一种重要玉米害虫。在当地,种植抗虫转基因玉米是防控草地贪夜蛾危害的主要手段。该虫于2019年1月入侵我国云南省,为明确入侵我国云南的草地贪夜蛾种群对常用Bt蛋白的敏感性水平,本文通过饲料表面涂抹法测定了瑞丽草地贪夜蛾幼虫对Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1F、Cry2Ab以及Vip3A等5种Bt蛋白的敏感性。结果表明:几种常用Bt蛋白对瑞丽草地贪夜蛾致死作用顺序为Vip3A>Cry1Ab>Cry1F>Cry2Ab>Cry1Ac,对草地贪夜蛾抑制生长发育的顺序为Cry1Ab>Cry1F>Vip3A>Cry1Ac>Cry2Ab。此外,与美国相对敏感种群比较,云南瑞丽草地贪夜蛾种群对Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1F、Cry2Ab和Vip3A的敏感性指标在0.28～3.76之间,表明该入侵种群对此5种Bt蛋白均未产生抗性。此研究可为将来建立以转Bt基因玉米作为防控草地贪夜蛾的技术体系提供依据。     

小菜蛾Btk抗性品系对四种Bt杀虫晶体蛋白抗性发展的研究

使用苏云金芽胞杆菌库斯塔克亚种（Btk）可湿性粉剂对小菜蛾进行继代汰选获得F80代和F100代抗性品系。通过分别测定Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Ah和Cry1Ca四种杀虫晶体蛋白对小菜蛾Btk抗性品系F80代和F100代的室内毒力,明确了小菜蛾Btk抗性品系对四种Bt杀虫晶体蛋白抗性发展规律。研究结果表明,汰选至F80代时,Cry1Ca对小菜蛾的毒力最高,LC50约12.1mg/L,其次为Cry1Ac,LC50约47.7mg/L;而汰选至F100代时,仍以Cry1Ca对小菜蛾的毒力最高,LC50约21.4 mg/L,其次为Cry1Ab,LC50约72.2 mg/L。与相对敏感品系相比,小菜蛾抗性品系对Cry1Ac的抗性发展较快（抗性倍数高达67.3～106.8倍）,对Cry1Ab的次之（抗性倍数高达60.0～66.1倍）,而对Cry1Ca和Cry1Ah的抗性发展较慢（抗性倍数分别为3.4～6.0倍和1.6～2.5倍）。以上结果说明,在主效杀虫基因为Cry1Ac的Btk药剂选择压力下,小菜蛾对四种Bt杀虫晶体蛋白的抗性发展速度差异较大,且Cry1Ac和Cry1Ab存在交互抗性风险...     

不同Bt杀虫蛋白通过食物链对大草蛉的影响

为了明确目前转基因抗虫植物中表达的Bt蛋白对农田重要捕食性天敌大草蛉的生态安全性,采用三级营养食物链评价体系,分别以对供试Bt蛋白Cry1Ac、Cry1F和Cry2Ab具有抗性的靶标害虫或不敏感的非靶标害虫作为大草蛉的猎物,研究了供试3种蛋白对大草蛉的影响。结果表明,当大草蛉以抗性棉铃虫（抗Cry1Ac或Cry2Ab）或抗性玉米螟（抗Cry1F）为猎物时,供试3种Bt蛋白通过食物链对大草蛉幼虫（4龄幼虫重量和幼虫发育至蛹历期）、蛹（化蛹率、蛹重和蛹发育历期）及成虫（羽化率、雌虫重量、雄虫重量和单雌产卵量）的生长发育及产卵量均无显著影响;同样地,当大草蛉以对3种Bt蛋白不敏感的非靶标昆虫——绿盲蝽作为猎物时,通过食物链传递的Bt蛋白对大草蛉生长发育及繁殖也无显著影响。因此,目前转基因棉花、玉米或水稻中广泛表达的Cry1Ac、Cry1F和Cry2Ab蛋白,通过三级营养食物链,对大草蛉生长发育及繁殖均无潜在毒性。     

生物炭对Bt Cry1Ac蛋白抗紫外能力影响

为了研究生物炭对紫外线的防护作用,以豆壳烧制的生物炭作为载体,研究生物炭对Bt Cry1Ac蛋白的吸附行为以及生物炭对Cry1Ac蛋白的紫外保护作用。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射以及傅立叶红外光谱等手段对生物炭的形貌和结构进行表征。结果表明,生物炭是典型的多孔结构材料,表面具有丰富的官能团。Cry1Ac蛋白与生物炭吸附平衡时间为50 min,最合适的吸附浓度比（生物炭：蛋白）为1：100,二者吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型。在UVB紫外照射4 h后,生物炭与Cry1Ac蛋白复合物对棉铃虫的生物活性是单纯蛋白的4.93倍,显示生物炭具有较好的紫外抵抗效果。研究结果初步表明,制备得到的生物炭能够显著提高Cry1Ac蛋白的抗紫外能力,为后续研发耐受紫外线的农药剂型提供新材料。     

Engineering of Bacillus thuringiensis insecticidal proteins

Bacillus thuringiensis (Bt) has been used as sprayable pesticides for many decades. Bt strains utilized in these products produce multiple insecticidal proteins to complement a narrow insect specificity of each protein. In the late 1990s, genes encoding Bt insecticidal proteins were expressed in crop plants such as cotton and corn to protect these crops from insect damage. The first Bt protein used in transgenic cotton was Cry1Ac to control Heliothis virescens (tobacco budworm). Cry1Ab was applied to corn to control Ostrinia nubilalis (European corn borer). Since these insects have developed resistance to Cry1Ac and Cry1Ab, new Bt proteins are required to overcome the resistance. In order to protect corn furthermore, it is desired to control Diabrotica virgifera (Western corn rootworm), Helicoverpa zea (corn earworm) and Spodoptera frugiperda (fall armyworm). Recently, many new Bt insecticidal proteins have been discovered, but most of them require protein engineering to meet the high activity standard for commercialization. The engineering process for higher activity necessary for Bt crops is called optimization. The seed industry has been optimizing Bt insecticidal proteins to improve their insecticidal activity. In this review, several optimization projects, which have led to substantial activity increases of Bt insecticidal proteins, are described.