The effects of Cry2Ab and Cry1Ac insecticidal proteins on protease activity in the midgut of Helicoverpa armigera

为明确Cry2Ab和Cry1Ac 2种Bt杀虫蛋白单用与混用对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)中肠主要蛋白酶活性的影响,本文测定了取食含不同Bt蛋白人工饲料后棉铃虫中肠总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性的差异.结果发现:Cry2Ab处理12h后对棉铃虫中肠总蛋白酶影响不大;对类胰蛋白酶的影响最大,除最高浓度处理外,其他浓度处理后棉铃虫类胰蛋白酶的活性明显高于对照;但对类胰凝乳蛋白酶活性的影响呈倒“V”字型,只有6.67μg／g Cry2Ab处理后的棉铃虫酶活力显著高于对照,其他浓度处理与对照差异不显著或略低于对照;随着取食含Cry2Ab饲料时间的增加,棉铃虫中肠类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活性比对照显著增加;与对照相比,处理36h后类胰蛋白酶活性最高可增加到6.43倍.Cry1Ac处理棉铃虫12h后总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性都明显增加,而且与处理浓度呈正相关;但是24h后,处理后棉铃虫的总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性明显降低,只有类胰蛋白酶活性仍高于对照,但活性增长倍数低于12h时的处理.Cry2Ab和Cry1Ac 2种蛋白混用处理棉铃虫后,2种酶的酶活力基本低于Cry1Ac和Cry2Ab单用的酶活力之和;只有2种蛋白浓度均为2.22μg/g混用时,处理12b后类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活性高于2种蛋白单用时酶活力之和,且都显著的高于对照.     

Vip3Aa及Cry1Ac对棉铃虫幼虫多种酶活力的影响

为了明确Vip3Aa的作用机制,为其作为新毒素策略重要蛋白的应用提供理论依据,本文比较了Vip3Aa、Cry1Ac对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)主要蛋白酶、解毒酶、APN活性的影响,并研究了Vip3Aa和Cry1Ac共同使用对几种酶活力的作用。室内生测结果表明,Vip3Aa对棉铃虫的杀虫效果低于Cry1Ac,但Vip3Aa对棉铃虫幼虫生长有明显的抑制作用。取食含Cry1Ac、Vip3Aa或Cry1Ac+Vip3Aa饲料的棉铃虫,总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性很快升高;但经Cry1Ac处理12 h后这2种酶活性与对照差异不显著或低于对照,而取食含Vip3Aa饲料的棉铃虫酶活力显著高于对照的时间明显延长,而且类胰蛋白酶活性也显著高于对照;表明Cry1Ac降解速度比Vip3Aa快,可能是由于降解2种蛋白参与的酶系存在差异,同时Cry1Ac+Vip3Aa混用可以延长蛋白被酶解的时间。谷胱甘肽S-转移酶和α-乙酸萘酯酶活性在棉铃虫取食含Vip3Aa、Cry1Ac或Cry1Ac+Vip3Aa蛋白的饲料后活性升高,说明这2种酶可能参与了对Cry1Ac、Vip3Aa的解毒作用。但Cry1Ac、Vip3Aa对氨肽酶活性影响不大,可能在毒蛋白发挥毒性的过程中与氨肽酶活力变化无关。     

Effects of Vip3Aa and Cry1Ac on enzyme activity in cotton bollworm Helicoverpa armigera larvae

为了明确Vip3Aa的作用机制,为其作为新毒素策略重要蛋白的应用提供理论依据,本文比较了Vip3Aa、Cry1Ac对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)主要蛋白酶、解毒酶、APN活性的影响,并研究了Vip3Aa和Cry1Ac共同使用对几种酶活力的作用.室内生测结果表明,Vip3Aa对棉铃虫的杀虫效果低于Cry1Ac,但Vip3Aa对棉铃虫幼虫生长有明显的抑制作用.取食含Cry1Ac、Vip3Aa或Cry1Ac+Vip3Aa饲料的棉铃虫,总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性很快升高;但经Cry1Ac处理12h后这2种酶活性与对照差异不显著或低于对照,而取食含Vip3Aa饲料的棉铃虫酶活力显著高于对照的时间明显延长,而且类胰蛋白酶活性也显著高于对照;表明Cry1Ac降解速度比Vip3Aa快,可能是由于降解2种蛋白参与的酶系存在差异,同时Cry1Ac+Vip3Aa混用可以延长蛋白被酶解的时间.谷胱甘肽S-转移酶和α-乙酸萘酯酶活性在棉铃虫取食含Vip3Aa、Cry1Ac或Cry1Ac+Vip3Aa蛋白的饲料后活性升高,说明这2种酶可能参与了对Cry1Ac、Vip3Aa的解毒作用.但Cry1Ac、Vip3Aa对氨肽酶活性影响不大,可能在毒蛋白发挥毒性的过程中与氨肽酶活力变化无关.     

转Bt基因抗虫玉米对亚洲玉米螟幼虫几种主要酶系活性的影响

研究了表达Cry1Ab杀虫蛋白的转Bt基因抗虫玉米对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis (uenée) 幼虫解毒酶、保护酶和中肠蛋白酶活性的影响,测定比较了取食转Bt基因玉米后幼虫体内α-乙酸萘酯酶、乙酰胆碱酯酶、谷胱甘肽S-转移酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、中肠总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活力。结果表明,取食转Bt基因玉米48 h后亚洲玉米螟幼虫体内的α-乙酸萘酯酶、谷胱甘肽S转移酶活力明显低于对照;而乙酰胆碱酯酶活力显著高于对照,在取食48 h、60 h和72 h的活力分别是对照的2.00、1.50和2.50倍。保护酶系、中肠总蛋白酶、弱碱性类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活性在取食48 h后明显受到抑制;但强碱性类胰蛋白酶的活性显著高于对照,取食48 h、60 h和72 h的活力分别是对照的4.00、1.67和1.33倍。乙酰胆碱酯酶和强碱性类胰蛋白酶可能与亚洲玉米螟对Bt的抗性有关。     

Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫中肠几种酶活性的影响

为阐明Bt杀虫蛋白对次要靶标害虫粘虫Mythimna separata (Walker) （鳞翅目： 夜蛾科）的生理学影响, 本研究分析比较了粘虫高龄幼虫在室内取食低剂量Cry1Ac杀虫蛋白6, 12, 24和36 h后, 其体内主要的解毒酶（酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶）、 保护酶（超氧化物歧化酶、 过氧化氢酶和过氧化物酶）和中肠蛋白酶（总蛋白酶、 强碱性类胰蛋白酶、 弱碱性类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶）等活性的变化。结果表明, 取食Cry1Ac杀虫蛋白后, 粘虫幼虫体内相关酶活力呈现不同的变化趋势： （1）酯酶、 谷胱甘肽-S-转移酶、 过氧化物酶(POD)、 类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活力较对照显著降低（P<0.05）; （2）超氧化物歧化酶(SOD) 活力较对照显著升高（P<0.05）; （3）过氧化氢酶(CAT) 活力于6, 12和24 h显著低于对照（P<0.05）, 36 h时显著高于对照（P<0.05）。结果提示Cry1Ac杀虫蛋白主要通过抑制粘虫幼虫中肠解毒酶和蛋白酶的活性, 扰乱SOD, CAT 和POD 3种保护酶的动态平衡而干扰幼虫的正常生理代谢, 从而起到毒杀粘虫的作用。     

PxCAD1与Cry1Ac蛋白混合物对小菜蛾生长发育及体内酶活性的影响

[目的]PxCAD1肽段可显著增强Cry1Ac的杀虫活性,探究其与Cry1Ac混合物对靶标昆虫生物学及体内酶活性的影响对明确其增效机制具有重要意义.[方法]采用叶片浸渍法,以PxCAD1肽段与Cry1Ac毒素的混合蛋白饲喂小菜蛾Plutella xylostella3龄幼虫,观察并统计小菜蛾死亡率、化蛹率和羽化率,并测定小菜蛾幼虫体体内羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、总蛋白酶和类胰蛋白酶的变化趋势.[结果]与对照相比,处理组幼虫的死亡率显著升高,化蛹率减少,羽化率显著降低;3龄幼虫在取食PxCAD1肽段与Cry1Ac毒素混合蛋白24 h和48 h后,羧酸酯酶活性显著升高,72 h显著降低,谷胱甘肽-S-转移酶活性在24 h显著升高,48 h显著降低,72 h则无显著差异,而总蛋白酶活性仅在72 h显著低于对照,类胰蛋白酶活性在各时间点无显著变化.[结论]PxCAD1不仅对Cry1Ac具有显著增效作用,同时对小菜蛾幼虫的生长发育及体内羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶及总蛋白酶的活性产生不利影响.该结果将有助于进一步研究中肠受体蛋白对Cry1Ac的增效机制.     

转Btc-ry1 Ah基因玉米花粉对龟纹瓢虫解毒酶和中肠蛋白酶活性的影响

研究了取食转Bt-cry1Ah基因玉米花粉对龟纹瓢虫Propylaea japonica（Thunberg）体内解毒酶和中肠蛋白酶活性的影响。利用饲喂结合比色方法,比较龟纹瓢虫取食转Bt-cry1Ah基因玉米花粉和非转基因玉米花粉后体内α-乙酸萘酯酶、乙酰胆碱酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、中肠总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的酶活性。结果发现：在解毒酶方面,取食Bt玉米花粉的龟纹瓢虫4龄幼虫和蛹的α-乙酸萘酯酶活性显著低于取食非Bt玉米花粉的龟纹瓢虫（对照组）,取食Bt玉米花粉的龟纹瓢虫的乙酰胆碱酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性在各个发育时期与对照相比均无显著差异。在中肠蛋白酶方面,与对照组相比,取食Bt玉米花粉的龟纹瓢虫的总蛋白酶和强碱性类胰蛋白酶活性在各个发育时期均无显著差异;但取食Bt玉米花粉的龟纹瓢虫的弱碱性类胰凝蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性在蛹期显著低于取食非Bt玉米花粉的龟纹瓢虫。由此可见,龟纹瓢虫取食含有Cry1Ah杀虫蛋白的玉米花粉后,体内代谢解毒酶和中肠蛋白酶与Cry1Ah杀虫蛋白相互作用,可能会引起某些酶活性的变化。因此,转cry1Ah基因玉米花粉对龟纹瓢虫的潜在影响还需要进一步的研究。     

蛋白酶抑制剂对绿豆象幼虫中肠蛋白酶活性的影响

为明确蛋白酶抑制剂对绿豆象幼虫中肠蛋白酶活性的影响,采用室内人工接虫和生化测定的方法,研究了在离体条件和饲喂条件下4种蛋白酶抑制剂对绿豆象幼虫中肠蛋白酶的抑制作用,并测定了绿豆象幼虫取食不同含量的绿豆胰蛋白酶抑制剂(MBTI)的人工绿豆后,其中肠内总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性的变化.结果表明:在离体条件下,供试4种蛋白酶抑制剂对绿豆象幼虫总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性均有明显的抑制作用,且浓度越大,抑制效果越显著,其中以20μg·mL^-1的MBTI对3种酶活性的抑制效果最强,3种酶活性分别比对照降低了62.5%、41.2%和38.7%,而卵粘蛋白抑制剂(OI)抑制效果最弱.绿豆象幼虫取食含不同抑制剂的人工绿豆后,中肠内3种酶活性也均受到一定的抑制作用,取食后随龄期的延长,3种酶活性有所升高但仍显著低于对照,且以MBTI的抑制作用最强.当绿豆象幼虫取食不同含量MBTI的人工绿豆后,随MBTI含量的增加,对总蛋白酶活性和类胰蛋白酶活性的抑制作用均逐渐增强,但对类胰凝乳蛋白酶活性的抑制作用并不显著,只有当MBTI含量达20%时,对类胰凝乳蛋白酶活性才表现出明显的抑制作用.     

Cry1Ab蛋白对稻纵卷叶螟幼虫体内三种保护酶活性的影响

室内采用酶活力测定方法研究转B t基因水稻表达的Cry1Ab蛋白对稻纵卷叶螟幼虫体内3种保护酶(AChE、SOD和CAT)活性的影响。结果表明,用转B t基因水稻处理稻纵卷叶螟幼虫,饲喂4 h、36 h后,其体内AChE活力分别比对照增加了52.09%、128.51%,并且都极显著(P<0.01)高于对照组;取食转基因水稻叶片4 h后,幼虫体内SOD酶活性比对照提高了91.5%,与对照有显著差异;36 h后活性达到最大值,但与对照差异不显著。取食转基因水稻叶片24 h后,幼虫体内CAT酶活性达到最大值且高于对照,但与对照差异不显著;48 h后酶活性受到显著抑制,与对照差异显著。同时,测定了幼虫体内及其粪便中Cry1Ab蛋白含量的变化,结果表明,取食转基因水稻叶片12 h后,进入体内的Cry1Ab蛋白随粪便排出,幼虫体内的Cry1Ab蛋白含量一直低于粪便中的含量,且在24 h时两者差异达到最大。由于Cry1Ab蛋白在幼虫体内的积累,扰乱了稻纵卷叶螟幼虫体内AChE、SOD和C AT保护酶的动态平衡,使虫体内自由基的清除遇到障碍,从而对其产生毒害作用。     

三种鳞翅目幼虫肠道蛋白水解酶的活性

本工作以酪蛋白为底物,测定粘虫Mythimna separata Walker、棉铃虫Heliothis armigera Hubner和大蜡螟 Galleria mellonlla Linnaeus三种鳞翅目幼虫肠道蛋白水解酶的活性,并分别用BTEE和TAME为底物,测定了其中类胰凝乳蛋白酶和类胰蛋白酶的活性.结果表明:三种幼虫肠道都含有类胰凝乳蛋白酶和类胰蛋白酶.抑制剂TPCK可以部分地抑制类胰凝乳蛋白酶的活性,而胰酶抑制剂则显著地抑制类胰蛋白酶的活性.     

取食Cry2Ab蛋白后棉铃虫幼虫中肠组织的病理变化

为了明确Cry2Ab杀虫蛋白的作用机制, 利用透射电镜观察了棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)3龄末幼虫取食含Cry2Ab蛋白（8 μg/g）饲料后中肠的组织病理变化, 并与分别取食含Cry1Ac蛋白（0.97 μg/g）饲料和正常饲料的棉铃虫进行了比较。结果表明： 棉铃 虫取食Cry2Ab蛋白后中肠细胞及其细胞器均发生了明显的病变, 主要表现为： 中肠杯状细胞的杯腔肿胀或拉长, 部分柱状细胞被杯状细 胞挤压出来, 微绒毛脱落, 细胞核皱缩, 质膜和核膜不清晰, 染色质凝聚, 线粒体拉伸变形, 内质网肿胀断裂; 并且随着取食时间 的延长病变越来越明显。与取食Cry1Ac蛋白的棉铃虫相比, Cry2Ab引起棉铃虫中肠组织发生病变的速度较慢。本研究可为Cry2Ab作为转基 因棉花的重要杀虫蛋白在将来更好地发挥作用提供理论依据。     

Lack of detrimental effects of Bacillus thuringiensis Cry toxins on the insect predator Chrysoperla carnea: a toxicological, histopathological, and biochemical analysis

The effect of Cry proteins of Bacillus thuringiensis on the green lacewing (Chrysoperla carnea) was studied by using a holistic approach which consisted of independent, complementary experimental strategies. Tritrophic experiments were performed, in which lacewing larvae were fed Helicoverpa armigera larvae reared on Cry1Ac, Cry1Ab, or Cry2Ab toxins. In complementary experiments, a predetermined amount of purified Cry1Ac was directly fed to lacewing larvae. In both experiments no effects on prey utilization or fitness parameters were found. Since binding to the midgut is an indispensable step for toxicity of Cry proteins to known target insects, we hypothesized that specific binding of the Cry1A proteins should be found if the proteins were toxic to the green lacewing. In control experiments, Cry1Ac was detected bound to the midgut epithelium of intoxicated H. armigera larvae, and cell damage was observed. However, no binding or histopathological effects of the toxin were found in tissue sections of lacewing larvae. Similarly, Cry1Ab or Cry1Ac bound in a specific manner to brush border membrane vesicles from Spodoptera exigua but not to similar fractions from green lacewing larvae. The in vivo and in vitro binding results strongly suggest that the lacewing larval midgut lacks specific receptors for Cry1Ab or Cry1Ac. These results agree with those obtained in bioassays, and we concluded that the Cry toxins tested, even at concentrations higher than those expected in real-life situations, do not have a detrimental effect on the green lacewing when they are ingested either directly or through the prey.     

棉铃虫幼虫取食Vip3Aa蛋白后的中肠组织病理变化

为了进一步明确Vip3Aa的作用机制, 利用透射电镜观察了棉铃虫4龄幼虫取食含Vip3Aa蛋白饲料后中肠杯状细胞的病理变化, 并比较了其病变与取食含Cry1Ac饲料后棉铃虫组织病变的差异。取食含Vip3Aa饲料后, 棉铃虫幼虫的中肠杯状细胞逐渐发生病变, 主要表现为： 微绒毛肿胀、 脱落; 细胞核核膜界限不清晰, 染色质分布不均匀; 线粒体变形、 数量减少, 内脊不清晰; 内质网杂乱不规则、 数量减少。与取食Cry1Ac的棉铃虫相比, 取食Vip3Aa的棉铃虫中肠杯状细胞发生病变较为缓慢, 在取食12 h后才发现明显病变, 随着取食时间的增加病变越来越明显; 而取食Cry1Ac的棉铃虫2 h后中肠杯状细胞就出现明显病变。本研究可为Vip3Aa作为新毒素策略的重要蛋白在棉铃虫Helicoverpa armigera综合防治中更好地发挥作用提供理论依据。     

大豆胰蛋白酶抑制剂对棉铃虫幼虫消化生理和生长发育的影响

本研究根据棉铃虫Helicotverpa ormigera(Hubner)幼虫中肠蛋白酶在离体条件下对蛋白酶抑制剂的反应,选择具有较强抑制作用的大豆胰蛋白酶抑制剂,以0.21-4.2%(干重)的浓度配入幼虫人工饲料,测定了幼虫短期和长期取食这些饲料引起的中肠类胰蛋白酶、类胰凝乳蛋白酶和总蛋白酶活力的变化和生长抑制效应。短期取食抑制剂的幼虫,中肠弱碱性类胰蛋白酶活力显著增高,在4.2%。浓度下比对照高出21%;强碱性类胰蛋白酶、类胰凝乳蛋白酶和总蛋白酶活力显著降低,生长发育受到明显抑制。长期取食低浓度(0.84%)抑制剂的幼虫,弱碱性类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活力显著增高,强碱性类胰蛋白酶活力显著降低。总蛋白酶活力变化不显著;长期取食高浓度(4.2%)抑制剂的幼虫,强碱性类胰蛋白酶和总蛋白酶活力显著降低,其它酶活力变化不显著。抑制剂随浓度的增高对幼虫生长的抑制作用加强,但浓度高于0.84%后,抑制强度的变化减小。据此作者认为,蛋白酶抑制剂对昆虫抗营养效应在于它对蛋白酶的激活和抑制作用,从而导致各种蛋白酶间的协调性破坏,昆虫消化过程受阻,影响生长发育。     

Cry1A毒素与二化螟中肠刷状缘膜囊泡受体蛋白配基结合分析

分离和鉴定二化螟Chilo suppresalis幼虫中肠刷状缘膜囊泡（BBMV）中Cry1A毒素的受体蛋白,对于阐明Cry1A毒素作用机理和二化螟抗性机理具有十分重要的意义。为此,本文就Cry1A毒素对二化螟杀虫活性及Cry1Ac与二化螟中肠受体的配基结合进行了研究。结果表明: Cry1Ab对二化螟室内品系(CN)的毒力高于Cry1Ac,而Cry1Ac高于Cry1Aa。配基结合分析表明二化螟CN品系幼虫中肠BBMV中有6个Cry1Ac结合蛋白(分子量分别为50,70,90,120,160和180 kDa), 其中180,160和90 kDa结合蛋白的条带颜色明显深于其他结合蛋白的条带,表明这3个受体蛋白具有较高的结合浓度。同源竞争结合研究表明,180和90 kDa结合蛋白为Cry1Ac的低亲合性结合蛋白,其他4个为高亲合性结合蛋白。为了研究Cry1Ac和Cry1Ab受体结合部位的相互作用,进行了异源竞争结合研究。Cry1Ab可以与Cry1Ac所有的6个结合蛋白进行竞争性结合,与180,120,70和50 kDa结合蛋白具有高亲合性,而与160和90 kDa结合蛋白具有低亲合性。结果显示,Cry1Ac与Cry1Ab在二化螟幼虫中肠BBMV上拥有多个共享的结合位点,但对每个结合位点的亲合性有差异。基于毒素结合部位的相似性,Cry1Ac和Cry1Ab不宜同时用于转基因Bt水稻来控制二化螟。     

棉铃虫中肠钙粘蛋白、氨肽酶N及碱性磷酸酯酶的抗血清对Cry1Ac和Cry2Aa毒力的影响

【目的】Cry1A和Cry2A类Bt蛋白通过特异性地与昆虫中肠上的受体蛋白结合而发挥杀虫作用,现已广泛应用于转基因抗虫作物。本研究旨在进一步明确Cry2A类蛋白的作用机制和Cry1A受体蛋白在Cry2A发挥毒力中的作用。【方法】本研究首先提取了棉铃虫Helicoverpa armigera的BBMV,制备了钙粘蛋白(CAD)、氨肽酶N(APN)和碱性磷酸酯酶(ALP)3种受体蛋白的抗体和抗血清;然后,利用Western blot检测BBMV上这3种受体蛋白后,利用抗体封闭技术比较了敏感棉铃虫和Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)中3种受体蛋白的抗血清对Cry1Ac和Cry2Aa毒力的影响。【结果】对敏感品系棉铃虫,这3种已知的Cry1Ac受体蛋白抗血清显著地降低了Cry1Ac和Cry2Aa的毒力。其中APN抗血清对Cry1Ac毒力的影响最大,棉铃虫幼虫的死亡率降低了84.44%;ALP抗血清对Cry2Aa的毒力影响最大,棉铃虫幼虫死亡率比对照降低了71.04%。Cry1Ac对Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)的毒力显著降低,Cry2Aa的毒性也减弱。在Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)中,3种受体抗血清对Cry1Ac的影响比在敏感棉铃虫中的影响小,尤其是CAD和APN抗血清对Cry1Ac毒力的抑制率显著低于在敏感棉铃虫中的抑制作用;CAD和ALP抗血清对Cry2Aa毒力的影响与在敏感棉铃虫中的影响差异不显著,但APN抗血清可以显著降低Cry2Aa对Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)的毒力。【结论】棉铃虫CAD,APN和ALP不仅参与了Cry1Ac的杀虫过程,也对Cry2Aa毒力有一定的影响,而且这3种蛋白可能与棉铃虫对Cry1Ac和Cry2Aa产生抗性及交互抗性相关。