转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因抗虫耐除草剂玉米的田间抗性评价

为明确转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因的抗虫耐除草剂玉米的抗虫性和对除草剂的耐受性,本文通过田间人工接虫,以食叶级别、存活幼虫数、蛀孔数、隧道长度和雌穗被害级别等分别作为评价玉米心叶期和穗期的抗虫性标准,评价了转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因,具有抗虫耐除草剂复合性状的玉米品种‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’及同型非转基因‘ND6708’、‘ND6515’和当地‘郑单958’品种对亚洲玉米螟、黏虫和棉铃虫的抗虫效果;通过喷施除草剂后调查玉米植株的存活率,评价上述品种对除草剂的耐受性。田间试验结果表明:‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’两个转基因玉米品种对亚洲玉米螟、黏虫及棉铃虫的抗性水平均为高抗,且在4叶期和8叶期喷施草甘膦后其受害率均为0,而同型对照品种和当地对照品种喷施同剂量草甘膦后受害率为100%。综上,聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因,具有抗虫耐除草剂复合性状的玉米品种‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’对亚洲玉米螟、黏虫和棉铃虫具有较强的抗虫效果,对草甘膦具有较好的耐受性。此研究可为将来建立以转Bt基因玉米为主要手段的综合防治技术体系提供依据。     

转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落的短期影响

综合利用手捡法、干漏斗法和巴氏罐诱捕法3种方法,以群落组成、物种丰富度、个体数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数为参数,系统研究转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’种植对土壤动物群落的短期影响。结果表明,无论是喷施除草剂处理还是不喷施除草剂处理,转基因玉米‘CC-2’较之对应的非转基因对照‘郑58’,在土壤动物群落组成及群落结构参数等方面均无显著差异。可初步认定,转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落无不利影响。     

转基因抗虫耐除草剂复合性状玉米‘双抗12-5’对亚洲玉米螟的抗性及对草甘膦的耐受性研究

通过田间接虫、室内生测以及田间植株喷施草甘膦试验,在吉林省公主岭市综合评价了转cry1Ab/cry2Aj和G10evo-epsps基因抗虫耐除草剂复合性状玉米‘双抗12-5’对亚洲玉米螟[Ostrinia furnacalis(Guenée)]的抗性以及对草甘膦的耐受性,为‘双抗12-5’在吉林省产业化应用提供基础科学数据。结果表明,与非转基因对照‘郑单958’相比,‘双抗12-5’全生育期对亚洲玉米螟都具有良好的抗性,达到高抗水平;取食‘双抗12-5’心叶、雄穗及花丝等组织7d后的亚洲玉米螟幼虫存活率为4%~12%,而取食‘郑单958’各个组织的亚洲玉米螟幼虫存活率均高于96%。‘双抗12-5’在喷施推荐剂量(1 230g/hm2)及在2倍推荐剂量(2 460g/hm2)草甘膦情况下,4周内均生长正常,受害率为0;对照‘郑单958’植株第一周即表现出明显的药害症状,逐渐枯萎死亡,受害率达到100%。综上所述,‘双抗12-5’在吉林省表现出良好的抗虫性和除草剂耐受性。     

转Bt基因玉米(瑞丰125、 DBN9936、 DBN9978)对亚洲玉米螟的抗虫效果研究

评价转Bt基因玉米对靶标生物亚洲玉米螟的杀虫作用是转基因玉米研发的重要一环.本文采用室内生测法对3种转Bt基因抗虫玉米'瑞丰125'(表达Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白),'DBN9936'DBN9978'(表达Cry1Ab杀虫蛋白)对亚洲玉米螟敏感品系ACB-S及抗Cry1Ab品系ACB-AbR、抗Cry1Ac...     

大气CO2浓度升高对转基因玉米Bt毒素表达量的影响

大气CO_2浓度升高不仅影响植物营养化学成分的变化,还能够引起植物次生抗虫物质表达量的改变,进而影响作物-害虫的互作关系。本试验利用开顶式气室(OTC)和室内动态气室模拟当前和未来大气CO_2浓度(约390、550、750μL/L)环境,测定了不同大气CO_2浓度下普通玉米‘郑58’和转cry1Ac-m基因玉米的营养物质成分、转cry1Ac-m基因玉米Cry1Ac杀虫蛋白的含量,以及取食不同大气CO_2浓度环境下生长的‘郑58’或转cry1Ac-m基因玉米叶片的亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)初孵幼虫死亡率。结果表明,与对照相比,高大气CO_2浓度(750μL/L)环境下生长的转基因和对照玉米叶片中淀粉、可溶性糖、非结构性碳(TNC)含量及TNC∶N都明显增加,而N含量差异不显著。对照玉米叶片的N含量显著高于转基因玉米,其他营养成分没有显著变化。随着大气CO_2浓度的升高,转基因玉米的Cry1Ac蛋白表达量有下降的趋势,但各处理间差异不显著。亚洲玉米螟取食生长在不同大气CO_2浓度环境下的‘郑58’或转cry1Ac-m基因玉米叶片48h后,死亡率没有显著差异;转cry1Ac-m基因玉米具有显著的杀虫效果。     

转基因抗草甘膦玉米CL38-1的草甘膦耐受性及杂草化风险评价

以我国自主研制的转EPSPS基因抗除草剂玉米CL38-1为试验材料,通过抗除草剂喷施和生存竞争能力评价,研究其对目标除草剂草甘膦的耐受性以及在农田和荒地环境下杂草化的可能性。结果表明,在喷施41%草甘膦异丙胺盐水剂1 230 g/hm~2(推荐剂量)和2 460 g/hm~2(推荐剂量的2倍量)1、2、4周后,对玉米的株高及生长无不良影响,受害率为0。在农田环境下,转基因玉米CL38-1与非转基因对照郑58在生育期、株高、覆盖度、产量等方面无明显差异,在栽培地环境中可正常生长;在荒地条件下,较之杂草没有竞争优势,无杂草化风险。     

转cry1Ac玉米对亚洲玉米螟的抗性评价

目标性状的有效性评价是转Bt基因抗虫玉米研发和安全性评价研究的重要内容之一。采用酶联免疫吸附剂测定（ELISA）、室内生测和田间人工接虫鉴定研究了转cry1Ac玉米纯合群体BT-X和分离群体BT-38、BT-181、BT-43、BT-105等转化事件Cry1Ac蛋白的表达量以及对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis（Guenée）的室内杀虫和田间抗虫效果。转cry1Ac玉米鲜组织中Cry1Ac蛋白含量在44.07～438.00 ng/g之间,不同转化事件及不同组织之间差异显著,其中BT-X鲜花丝中Bt蛋白表达量显著低于未展开心叶。室内生测试验中除BT-43与对照没有显著差异外,取食其它转基因玉米心叶的亚洲玉米螟初孵幼虫6或7天的存活率为0～15.3%,显著低于非转基因对照;取食夏播BT-X鲜花丝6天的幼虫存活率为62.5%,显著低于Bt11及非转基因对照。田间心叶期接虫鉴定显示BT-X高抗亚洲玉米螟。说明转cry1Ac玉米BT-X、BT-181、BT-38和BT-105对亚洲玉米螟有很高的杀虫作用,BT-X田间抗虫效果良好。     

转cry1Ab和epsps基因玉米对斑马鱼生长和繁殖没有影响

为评估抗虫耐除草剂转基因玉米DBN9936对斑马鱼Danio rerio的饲用安全性,本研究将DBN9936及其非转基因对照玉米DBN9858以22%的比例添加到基础饲料中饲喂斑马鱼56d,检测转基因玉米饲料对斑马鱼体长、体质量和繁殖的影响,并使用Westernblot方法检测了外源Cry1Ab和EPSPS蛋白在斑马鱼肌肉、肝脏、肠道组织中的残留情况。结果显示,转基因玉米饲喂斑马鱼56 d后,转基因玉米组斑马鱼的体长、体质量和繁殖指标与非转基因玉米对照组相比没有显著性差异,斑马鱼不同组织样品中也没有检测到外源Cry1Ab和EPSPS蛋白。56 d饲喂结果表明转基因玉米DBN9936与DBN9858非转基因亲本玉米对斑马鱼具有同样的饲用安全性,本研究为转基因玉米的安全应用提供了科学数据支持。     

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。     

抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价

研究了转Cry1Ac基因玉米及受体非转基因玉米（郑58）在野外自然条件及模拟野外条件下的生存能力,比较玉米与杂草的竞争力及玉米自身成为杂草的可能性,为转抗虫基因玉米的环境生态安全评价提供理论基础。结果表明,生存竞争能力非转基因玉米〈转基因玉米〈杂草,转抗虫玉米虽然在与杂草的竞争中优于非转基因受体,其种子也能越冬,但在试验条件下不会演变成超级杂草。     

转cry2Ah-vp基因玉米的抗虫性鉴定

为获得新型抗虫转基因玉米,将通过群体筛选获得的具有抗虫性的转cry2Ah-vp基因玉米VP1-5采用PCR、Southern blot、实时荧光定量PCR(qPCR)、酶联免疫吸附测定(ELISA)等方法进行阳性植株鉴定、拷贝数分析、转录水平和翻译水平分析,同时通过室内和田间生物活性测定鉴定转基因玉米VP1-5对东方黏虫Mythimna separata和亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis的抗性。结果表明,在转基因玉米VP1-5中cry2Ah-vp基因已整合到玉米基因组,以单拷贝的形式插入;cry2Ah-vp基因在转基因玉米VP1-5不同部位组织中均可以正常转录,在灌浆期叶片中的mRNA表达量最高,相对表达量为32.67,在灌浆期穗轴中的mRNA表达量最低,相对表达量为3.74;Cry2Ah-vp蛋白在转基因玉米VP1-5的6叶期各组织中表达量均较高,其中在叶片中的表达量达到2 155.18 ng/g FW,在抽雄期花丝中的表达量最高,达到2 165.86 ng/g FW;且转基因玉米VP1-5对东方黏虫有很高的杀虫活性,接虫3 d后幼虫死亡率达到100.00%;对亚洲玉米螟幼虫也有明显的生长抑制作用。表明转基因玉米VP1-5可作为玉米抗虫育种和害虫防治的种质资源。     

南繁基地牛筋草对草甘膦的抗药性研究

牛筋草是一年生禾本科恶性杂草, 在我国黄淮海流域及长江以南地区的农田危害严重。草甘膦是一种优良的非选择性除草剂, 随着生物育种产业化的推进, 草甘膦会逐步在玉米、大豆等作物田登记应用。育种基地抗草甘膦杂草的产生是其快速传播的潜在因素。为明确三亚一育种基地牛筋草种群对草甘膦的敏感性, 本研究利用生物测定、分子生物学等方法检测了待测种群的抗性水平, 并分析了可能的分子机制。结果发现, 草甘膦对牛筋草种群的生长抑制中量为2 053.0 g/hm2(有效成分用量), 抗性指数(RI)为5.0; 靶标基因EPSPS的保守区域无突变, 但相对表达量是敏感种群的47.4倍; 抗性植株中EPSPS蛋白的浓度是敏感植株的17.1倍。以上结果表明, 该牛筋草种群对草甘膦产生了中等水平抗性, 靶标基因过量表达是其抗性机制之一。     

棉铃虫V-ATPase亚基B是Cry1Ac的功能受体

目前对转苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis（Bt）的研究发现,液泡型ATP酶（Vacuolar-type proton ATPase,V-ATPase）可能是Bt的一类新型受体。我们前期通过构建棉铃虫的中肠酵母文库筛选Cry1Ac的结合蛋白发现棉铃虫V-ATPase亚基B（V-ATPase B）可以与Cry1Ac结合。为明确V-ATPase B在Cry1Ac毒力和昆虫对Cry1Ac抗性机制中的作用,本研究首先采用实时荧光定量PCR技术分析了该基因在抗感Cry1Ac棉铃虫幼虫中及其受到Cry1Ac诱导时的基因表达情况;通过Ligand blot进一步地证实了其与Cry1Ac的结合特性;并通过在Sf9细胞中表达V-ATPase B的试验验证了其功能。结果表明V-ATPase B在抗性品系及受到Cry1Ac诱导时均下调表达,Ligand blot证实了V-ATPase B与Cry1Ac特异性结合;并且在昆虫细胞内过表达该基因,会增强Cry1Ac的细胞毒力。研究结果表明棉铃虫V-ATPase B是Cry1Ac的功能受体,并有可能通过降低基因表达来参与棉铃虫对Cry1Ac的抗性形成。     

3种转基因成分检测蛋白芯片的研制

为研制一种可同时检测3种转基因成分BTCry1Ac蛋白、植酸酶蛋白、BTCry1Ah蛋白的蛋白芯片。本文将3种转基因成分蛋白质的单克隆抗体点于化学修饰的基片上,对芯片的表面修饰材料、点样缓冲液成分、封闭液种类、标记二抗使用浓度、反应时间进行优化,并对芯片检测的特异性、灵敏度进行测定。结果表明:研制芯片的表面为环氧修饰,使用含0.1%BSA和30%甘油的点样缓冲液和含1%BSA的封闭液,每次反应时间为30min时,有最佳反应结果;其检测灵敏度为:BTCry1Ac蛋白35ng/mL、植酸酶蛋白20ng/mL、BTCry1Ah蛋白30ng/mL,信号稳定;本研究建立的抗体蛋白芯片检测法可同时检测3种转基因蛋白,并具有较高的灵敏性、特异性和可靠性。     

田旋花EPSPS基因表达特征及草甘膦对其表达的影响

采用实时荧光定量RT-PCR测定了田旋花不同组织、不同叶龄的EPSPS基因mRNA的相对表达量以及草甘膦对EPSPS基因相对表达量的影响。结果表明:田旋花EPSPS基因在不同组织表达量差异显著,在叶的表达量高于茎和根;该基因在9叶期的表达量最高,是3叶期的1.5倍;在草甘膦处理后,田旋花EPSPS基因的表达量先升高后降低,在处理后24h达最大值。随草甘膦剂量增加,该基因的表达量升高。研究结果可为深入解析田旋花对草甘膦耐药性机理提供参考。     

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。     

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.     

甜菜夜蛾中肠碱性磷酸酶alp2基因的克隆、表达及功能分析

为探究甜菜夜蛾Spodoptera exigua中肠碱性磷酸酶(alkaline phosphatase protein 2,ALP2)是否为Cry1Ac杀虫蛋白的受体,采用同源克隆和RACE技术克隆了编码alp2基因的完整c DNA序列,利用荧光定量PCR比较了甜菜夜蛾幼虫中肠不同龄期ALP2表达量的差异,利用Ligand blot方法检测了中肠ALP2与Cry1Ac杀虫蛋白的结合。结果表明,alp2基因序列全长1 629 bp(Gen Bank序列号为KP420013),编码542个氨基酸,预测在氨基酸序列N端包含1个由21个氨基酸组成的信号肽,在C端存在1个GPI修饰的锚定位点,且在整个氨基酸序列中存在多个糖基化修饰位点。在整个甜菜夜蛾幼虫期均有ALP2表达,但不同龄期的表达量差异显著,1龄幼虫期表达量最低,4龄幼虫期最高。Ligand blot方法检测结果表明原核表达的ALP2片段与活化的Cry1Ac杀虫蛋白可以结合。研究表明,甜菜夜蛾中肠的ALP2可能是Cry1Ac的受体之一。