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。     

Cry1Ac的绿色荧光蛋白GFP标记及其在棉铃虫幼虫中肠的定位分布

为了明确Cry1Ac蛋白在棉铃虫体内与中肠组织的相互作用,采用重叠PCR方法将Bt-cry1Ac基因和绿色荧光蛋白GFP基因融合,构建含Cry1Ac毒蛋白和绿色荧光蛋白GFP原核表达载体,并在大肠杆菌大量表达。利用荧光显微镜观察发现,表达Cry1Ac-GFP融合蛋白的大肠杆菌在蓝光激发下发出绿色荧光。将含有融合蛋白的菌液拌入人工饲料饲喂3龄棉铃虫幼虫96h,取棉铃虫幼虫中肠做冰冻切片并在荧光显微镜下观察。结果显示,取食含有Cry1Ac-GFP融合蛋白饲料的棉铃虫幼虫中肠能够发出强烈荧光。比较Cry1Ac杀虫蛋白敏感和抗性棉铃虫幼虫中肠的发光部位,敏感棉铃虫幼虫的中肠围食膜已经消失,肠壁细胞发出强烈的荧光,而抗性棉铃虫的围食膜较健全并发出荧光。     

棉铃虫对Cry1Ac抗性的稳定性及其对适合度的影响

为明确棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner）对苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis（Bt）Cry1Ac毒蛋白抗性的稳定性及其适合度变化,利用生物测定的方法研究了Cry1Ac抗性品系棉铃虫转到正常饲料饲养后的抗性衰退及再次筛选后抗性的恢复情况,并比较了敏感、抗性和抗性衰退后各品系间的适合度差异。在失去选择压的情况下,高抗品系棉铃虫对Cry1Ac的抗性迅速衰退,经过4代后抗性水平由最初的3626.67倍下降到1436.67倍;到第12代时抗性水平已低于10倍,随后品系保持较稳定的低抗水平;当重新进行抗性再筛选时,其抗性水平可快速恢复,抗性倍数快速回升,5代后恢复到1123.33倍。与敏感品系相比,高抗棉铃虫品系的适合度明显降低,相对适合度仅为0.33,但转到正常饲料连续饲养14代后,棉铃虫适合度明显上升,相对适合度为0.87,主要表现为卵孵化率和幼虫存活率等显著提高。     

荧光增白剂对Cry1Ac抗感棉铃虫围食膜的影响及增效作用

为了提高Bt的杀虫活性,运用扫描电镜、SDS-PAGE电泳和生物测定技术,研究了荧光增白剂FB28对棉铃虫Cry1Ac抗性和敏感品系围食膜的影响及对Cry1Ac杀虫蛋白的增效作用。结果表明,正常棉铃虫围食膜表面光滑致密,没有空洞和缝隙。用含1%FB28的人工饲料饲喂刚蜕皮的5龄棉铃虫幼虫2 h后,抗感棉铃虫围食膜表面均出现许多空洞,且敏感棉铃虫的空洞明显大于抗性棉铃虫;随着处理时间的延长,围食膜上的空洞逐渐变小,13 h后恢复正常。用1%FB28离体或活体处理抗、感品系棉铃虫,均可造成围食膜蛋白被降解。用1%FB28与Cry1Ac杀虫蛋白混合饲喂抗、感棉铃虫初孵幼虫,可明显提高棉铃虫的死亡率,且对抗性品系的增效作用明显大于敏感品系,对敏感和抗性品系棉铃虫的增效比分别为2.23和9.34;1%FB28还可以明显增加对抗、感品系3龄棉铃虫幼虫的生长抑制作用。     

棉铃虫ATP合酶亚基α对Cry2Ab毒理的影响

为探究棉铃虫Helicoverpa armigera ATP合酶亚基α（ATP synthase subunit α,ATPs-α）对Cry2Ab毒理的影响,采用实时荧光定量PCR技术检测了ATPs-α基因在棉铃虫幼虫不同发育阶段、不同组织及受Cry2Ab诱导后的表达量,并通过在昆虫细胞中过表达和干扰ATPs-α基因验证其在Cry2Ab毒理中的功能。结果显示：ATPs-α基因在棉铃虫各发育阶段和组织中普遍表达,其中在幼虫的1龄和2龄期,以及5龄的中肠、头部和表皮中表达较高。棉铃虫取食Cry2Ab 6 h后,ATPs-α基因表达量开始显著降低,一直持续到36 h;在Sf9细胞系中成功表达ATPs-α蛋白后,显著增强了Cry2Ab的细胞毒力;在美洲棉铃虫H.zea的中肠细胞中干扰ATPs-α基因后,显著降低了Cry2Ab的细胞毒力。表明棉铃虫ATPs-α参与Cry2Ab的毒理过程。     

钙粘蛋白氨基酸点突变介导红铃虫对Cry1Ac的抗性

为明确室内筛选的红铃虫Pectinophora gossypiella抗性品系AQ-R对Cry1Ac的抗性机制,采用室内生物测定法明确该品系对Cry1Ac和Cry2Ab的敏感性,通过遗传杂交和基因克隆分析抗性基因的显隐性及突变位点,并进行细胞学试验分析突变蛋白的亚细胞定位。结果显示：红铃虫AQ-R抗性品系对Cry1Ac的抗性倍数为181.67倍,对Cry2Ab没有交互抗性;该品系携带了一种新型的隐性钙粘蛋白抗性等位基因PgCad1,其编码蛋白的钙粘蛋白重复区、前蛋白区和近膜区共发生了17个氨基酸替换。表达野生型PgCad1-s基因的Hi5细胞对Cry1Ac敏感,且钙粘蛋白定位于细胞膜;而表达抗性PgCad1-r基因的Hi5细胞则对Cry1Ac不敏感,且钙粘蛋白错误定位到内质网。表明钙粘蛋白氨基酸点突变能导致其定位错误,从而促成红铃虫AQ-R品系对Cry1Ac产生抗性。     

我国棉铃虫对Bt蛋白Cry1Ac抗性现状及分子机制研究进展

棉铃虫Helicoverpa armigera是一种全球性的重要农业害虫,主要为害棉花、玉米和大豆等作物。长期种植单价Bt棉花（表达Cry1Ac蛋白）会使棉铃虫田间种群承受单一、持续的选择压力,必然会导致棉铃虫对Cry1Ac的抗性发生演化。该文概述我国棉铃虫田间种群对Cry1Ac的抗性现状、自然庇护所对棉铃虫Cry1Ac抗性演化的延缓作用以及棉铃虫对Cry1Ac抗性的遗传多样性,并对今后我国关于棉铃虫Bt抗性的治理对策进行了展望。     

APN1的原核表达及其与Cry1Ac蛋白体外结合

本研究分析了Cry1Ac蛋白与棉铃虫BBMVs的结合情况;并将棉铃虫apn1基因的全长和片段在大肠杆菌Rosetta(DE3)中进行表达,利用Ligand blotting技术分析原核表达的APN1全长及4个片段与Cry1Ac蛋白的结合情况。结果表明:Cry1Ac蛋白可以与棉铃虫的BBMVs结合;在大肠杆菌中表达的棉铃虫受体蛋白APN1的全长、片段H1(33~257)、H2(258~547)和H3(548~798)可以与Cry1Ac蛋白结合,其中片段H3是首次发现可以与Cry1Ac蛋白结合。本研究的结果也为其他Bt蛋白受体的体外功能研究提供新的借鉴。     

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.     

Bt杀虫蛋白对棉铃虫的抗虫毒力和增效作用

用 Bt杀虫蛋白 (ICP) Cry1A汰选的棉铃虫 (H elicoverpa armigera)抗性种群和同源对照种群分别测定了 4种不同类型 Bt ICP的抗虫毒力。结果表明 :4种杀虫蛋白对对照种群的毒力顺序为 :Cry1Ac>Cry1Ac+ 1C>Cry2 A>Cry1C;对抗性种群的毒力顺序为 :Cry1Ac+ 1C>Cry1Ac>Cry2 A>Cry1C,其中Cry1Ac+ 1C表现出对抗性种群有显著的协同增效作用。采用从 Bt液体发酵上清液中提取的增效粉 ,与Cry1Ac以 1∶ 1和 1∶ 2的比例混合 ,对 Cry1Ac有显著的增效作用 ,用抗性种群测定的增效比值明显大于对照种群 ,处理 5d的增效比值大于 14d的     

棉铃虫V-ATP酶亚基A基因克隆及表达谱分析

为探索棉铃虫Helicoverpa armigera液泡型ATP酶(vacuolar-type proton ATPase,V-ATP酶)亚基A对棉铃虫生长发育的影响及其在Bt杀虫机制中的作用,采用PCR结合RACE技术克隆了棉铃虫V-ATP酶亚基A基因序列,通过实时荧光定量PCR技术测定了其在棉铃虫不同发育历期和幼虫肠道不同组织中的表达量;并比较了4龄幼虫取食含Cry1Ac蛋白饲料后中肠中该基因表达量的变化。结果显示,棉铃虫V-ATP酶亚基A基因全长2 578 bp(Gen Bank登录号KP090287),开放阅读框1 863 bp,编码621个氨基酸。V-ATP酶亚基A高度保守,不同物种间氨基酸序列同源性大于90%。V-ATP酶亚基A在棉铃虫整个生育期都有表达,在4龄幼虫体内表达量最高,是卵期的3.00倍;在幼虫肠道不同组织中,中肠中表达量最高,是后肠中的2.65倍。4龄棉铃虫幼虫取食含Cry1Ac蛋白的人工饲料后,中肠V-ATP酶亚基A的表达受到抑制,表达量为对照的0.39~0.81倍。表明V-ATP酶亚基A基因可能参与棉铃虫的生长发育和代谢过程,并可能与抵御Cry1Ac的毒杀作用有一定关系。     

Toxicity of chlorantraniliprole to Cry1Ac-susceptible and resistant strains of Helicoverpa armigera

Transgenic Bt cotton expressing Cry1Ac is important in controlling various agricultural pests, including Helicoverpa armigera. Especially for transgenic crops that are cultivated in large expanses, avoiding resistance development is a key for ensuring sustainability of Bt technologies. Integrated pest management, in which transgenic crops are strategically combined with rational pesticide use, may help to prevent H. armigera resistance acquisition in Bt cotton. In this study, we evaluated the toxicity of a novel insecticide (chlorantraniliprole) on Cry1Ac-susceptible and resistant individuals of H. armigera. More specifically, we assessed the effect of chlorantraniliprole on the activity of two enzymes and conducted laboratory bioassays to determine its toxicity on H. armigera larvae. Chlorantraniliprole increased esterase and glutathione-S-transferase activities in Cry1Ac susceptible and resistant populations of H. armigera. Cry1Ac resistant populations XJ-F (Cry1Ac resistance ratio 21.8-fold), XJ-10.0 (95.8-fold) and BTR (3536.5-fold) did not show cross-resistance to chlorantraniliprole, with LC₅₀ values of 0.0733 (μg/mL) in XJ-F, 0.0545 (μg/ml) in XJ-10.0 and 0.0731 (μg/mL) in BTR, which were close to that in the susceptible strain 96S (0.0954 μg/mL). Our work shows that chlorantraniliprole could be considered to be integrated in Bt cotton management schemes to delay the H. armigera resistance development.     

四种Bt毒素蛋白对二点委夜蛾幼虫毒力测定及中肠组织病理学变化

为更好地了解苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis毒素蛋白对二点委夜蛾Athetis lepigone的毒力以及作用机理,通过饲喂含有Cry1Ac、Cry1Ab、Cry2Ab和Vip3Aa四种不同Bt毒素蛋白饲料,测定Bt毒素蛋白对二点委夜蛾幼虫的毒力,并观察取食4种毒素蛋白后幼虫中肠组织的病理学变化。结果显示,二点委夜蛾幼虫取食毒素蛋白后72 h,Cry1Ab和Cry1Ac毒素蛋白对二点委夜蛾幼虫的杀虫活性较高,校正死亡率为84.7%和76.4%;Vip3Aa和Cry2Ab毒素蛋白的毒力较弱。二点委夜蛾幼虫取食4种Bt毒素蛋白后,中肠柱状细胞微绒毛脱落,杂乱地分散在肠腔内,杯状细胞变形和腔内微绒毛脱落,线粒体和内质网等变形破裂,细胞核的核膜消失、核质凝聚和形状发生变化,经Cry1Ab和Cry1Ac毒素蛋白处理后中肠细胞的病变症状和速度明显高于Cry2Ab和Vip3Aa毒素蛋白处理。表明Cry1Ab和Cry1Ac毒素蛋白对二点委夜蛾幼虫杀虫活性较高,显著高于Cry2Ab和Vip3Aa毒素蛋白,且对其中肠细胞的破坏作用也较强。     

棉铃虫 JNKs 基因的克隆及表达分析

c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)是MAPK家族(mitogen-activated protein kinases, 丝裂原活化蛋白激酶)的重要成员, 具有参与昆虫抗逆反应等多种功能。为明确JNK在棉铃虫 Helicoverpa armigera 中的表达特性及其对Bt杀虫蛋白的应激与免疫反应, 本研究通过PCR克隆得到2个棉铃虫 JNK 基因 HaJNK1 和 HaJNK2; 生物信息学分析结果显示: HaJNK1和 HaJNK2基因开放阅读框分别为1 191、1 143 bp, 分别编码397、381个氨基酸。系统进化树分析结果表明棉铃虫 HaJNK1 与黏虫 Mythimna separata 聚为一支, 亲缘关系较近, HaJNK2与 家蚕 Bombyx mori 聚为一支, 同源性较高。利用实时荧光定量PCR技术分析 HaJNK1 与 HaJNK2 在棉铃虫不同发育时期、不同组织中的表达量, 发现 HaJNK1 与 HaJNK2 在卵中表达量最高, 其次是雌成虫; HaJNK1 在性腺中表达量最高, 其次是唾液腺; HaJNK2 在头部表达量最高, 其次是性腺。取食Cry1Ac的4龄棉铃虫幼虫的中肠组织中, HaJNK1 与 HaJNK2 的表达量均显著升高。推测 HaJNKs 基因可能参与棉铃虫抵御Bt杀虫蛋白伤害的应激和抗逆反应。     

Field-evolved resistance to Bt toxin Cry1Ac in the pink bollworm, Pectinophora gossypiella (Saunders) (Lepidoptera: Gelechiidae), from India

BACKGROUND: The pink bollworm is one of the most destructive pests of cotton. Transgenic cotton producing Bt toxin Cry1Ac or a combination of Cry1Ac and Cry2Ab2 has been used effectively against this pest. However, some other insects have evolved resistance to Bt toxins in the field. During the 2007–2008 and 2008–2009 seasons, pink bollworm populations in India were surveyed to evaluate their responses to Cry1Ac and seed powder containing Cry1Ac and Cry2Ab2. RESULTS: The results provide evidence that resistance to Cry1Ac had evolved by 2008 in a population sampled from non‐Bt cotton in the Amreli district of Gujarat in western India. The median lethal concentration of Cry1Ac for five‐day‐old larvae (LC₅₀) was significantly higher for insects derived in 2008 from Amreli than for any of the other field populations tested from four locations in India. For Cry1Ac, the mean LC₅₀ for the strain derived from Amreli in 2008 was 44 times higher than for the most susceptible population. However, for seed powder of Bollgard II containing primarily Cry2Ab2, the 2008 Amreli population was only slightly less susceptible than the most susceptible population. CONCLUSIONS: The data reported here constitute the first evidence of field‐evolved resistance of pink bollworm to Cry1Ac. This initial evidence spurred more extensive evaluations during the 2009–2010 growing season, which confirmed field‐evolved resistance to Cry1Ac in Amreli. The lack of cross‐resistance to Cry2Ab2 suggests that plants producing this toxin are likely to be more effective against resistant populations than plants producing only Cry1Ac. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry