苏云金芽孢杆菌液体培养物上清液中杀虫活性物质的研究

采用离心、拄层析、氨基酸组成及序列分析、生物鉴定等方法,对具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌培养物上清液进行了研究。发现上清液中杀虫活性的出现时间与菌的自溶同步。上清液中含有的分子量为60—kDa的蛋白是起杀虫作用的主成分,分离纯化该蛋白质,对其进行了氨基酸组分和N末端序列分析。结果表明,该蛋与P1蛋白在N端有18个氨基酸的序列完全一致,氨基酸的组分相似,说明二者同源。同时还发现,上清液与沉淀混用能提高杀虫活性。     

增强Bt Cry毒素杀虫作用的重要途径:增效因子的利用及晶体蛋白的遗传改良

Bt Cry毒素广泛应用于害虫防治,但存在杀虫谱窄、活性低、靶标害虫易产生抗性等缺点.为了弥补这些不足,采取适当措施增强Cry毒素的杀虫作用十分必要.本文围绕Cry毒素的作用机理,论述了利用丝氨酸蛋白酶抑制剂、几丁质酶、增效蛋白、钙粘蛋白片段和Cyt毒素等增效因子提高Cry毒素的杀虫活性,延缓昆虫抗性的研究进展;探讨了利用基因定点突变、蛋白融合和杂交以及晶体蛋白末端小片段的去除等分子技术手段对毒素蛋白进行遗传改良,改善Cry毒素的杀虫性能,扩大其杀虫范围.     

一种新的Bt杀虫基因HJC原核表达蛋白活性的鉴定

HJC基因是由2个Bt基因(cry1Ab和vip3)经过人工融合而成,具有更广谱的杀虫活性,可延缓害虫产生交互抗性的时间。将已构建好的携带HJC基因的重组质粒pET28a-HJC转化到大肠杆菌BL21中诱导表达。该HJC融合蛋白主要以包涵体形式存在,变性条件下使用镍亲和层析柱对其进行纯化,并经尿素梯度透析复性后,进行免疫反应活性及美国白蛾杀虫活性测定。Western blot结果显示,该原核表达蛋白与转HJC基因水稻中的HJC蛋白有相同的免疫反应性,对美国白蛾也有一定的杀虫活性,可以替代植物外源蛋白进行转HJC基因产品的食用安全性评价。     

苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白超量表达的机制

杀虫晶体蛋白是苏云金芽孢杆菌主要杀虫成分,进一步提高杀虫晶体蛋白的表达量是苏云金芽杆菌高效工程菌构建的主要途径。本文讨论了ｃｒｙ基因启动子活性、ｍＲＮＡ稳定性、不同ｃｒｙ基因间的协同表达发及伴了孢晶体的形成等几个方面在转录水平或转录后水平上对杀虫晶体蛋白表达的影响。     

几种微生物杀虫蛋白基因研究进展

在过去几年中,已经鉴定并克隆出一些新的苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因和其他类型的微生物杀虫蛋白基因。其中来自嗜虫沙雷氏菌,双酶梭状芽孢杆菌,球形芽孢杆菌,嗜线虫致病杆菌,发光杆菌和金龟子绿僵菌的新型杀虫蛋白基因在抗虫遗传工程中具有良好的应用前景     

31株苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因型鉴定及表达产物研究

利用已建立的苏云金芽孢杆菌cry基因的PCRRFLP鉴定体系,鉴定了31株Bt菌株的cry基因类型,并进行了SDSPAGE分析和杀虫生物活性测定。研究表明：25株含cry1基因,表达蛋白130～150kD;其中16株含有对鞘翅目和鳞翅目害虫皆有活性的cry1I基因,其表达蛋白为81kD;15株同时含有cry1和cry2基因(13株表达蛋白约为60kD);10株含有未知待定基因;6株不含所鉴定的cry基因(其中2株有表达产物)。室内生物测定表明：cry1、cry2基因表达的菌株对鳞翅目害虫具有高杀虫活性,7株对舞毒蛾和膜翅目——杨叶蜂幼虫具有较高杀虫活性;含有cry1Aa\,cry1Ac\,cry2或cry1Ab\,cry1Ac\,cry2基因组合的菌株对棉铃虫幼虫均显示杀虫活性,其中6、12、30号菌株毒力最强。不含上述cry基因的菌株均无杀虫活性。以上结果证明,通过cry基因类型鉴定和表达产物的SDSPAGE分析可以预测菌株的杀虫活性。     

杀虫防病基因工程枯草芽孢杆菌的构建

分别以枯草芽孢杆菌大肠杆菌穿梭质粒pHB201和pRP22为载体,通过感受态转化方法,将Bt-HD-1杀虫蛋白基因cry1Ac导入了水稻纹枯病生防菌株枯草芽孢杆菌B916。工程菌株质粒酶切电泳分析、Southern印迹分析和杀虫生物活性测定结果证实了cry1Ac基因的导入及其在B916中的有效表达。抑菌测定证明工程菌株保持了原野生型菌株良好的抑菌活性。质粒稳定性分析表明以载体pRP22构建的工程菌株Bs2249具有良好的稳定性,而以载体pBH201构建的工程菌株Bs2014则不稳定。此外,实验还证实Bt基因的导入与表达对B916的生长没有不良影响。     

基于基因组与蛋白组分析挖掘高效杀虫菌株Bt S2480-1毒蛋白基因

[目的]鉴定苏云金芽孢杆菌野生型菌株Bt S2480-1的杀虫活性并挖掘该菌株含有的杀虫基因资源。[方法]采用Illumina Hiseq2000测序平台对Bt S2480-1菌株进行全基因组测序,通过生物信息学方法获得该菌株的基因组信息、基因预测以及毒蛋白基因预测识别;随后,利用LTQ-Obitrap nano-LC-MS/MS系统对该菌株的总蛋白进行了质谱分析;最后以致倦库蚊幼虫和甜菜夜蛾幼虫为靶标昆虫对该菌株进行了生物活性测定。[结果]Bt S2480-1基因组大小为6.2 Mb,GC含量为35.11%,拼接得到1个拟核和3个大质粒的可视化草图,预测编码基因6 297个,其中含有12个预测毒蛋白基因。Bt S2480-1菌株总蛋白在LTQ-Orbitrap MS/MS质谱分析中共有 1500个蛋白质获得鉴定,鉴定获得11个毒蛋白。Bt S2480-1菌株总蛋白对致倦库蚊幼虫表现出非常高的杀蚊活性,而对甜菜夜蛾幼虫杀虫活性相对偏弱,其LC₅₀分别为27.636 μg/mL (95% FL:12.559‒61.707μg/mL)和496.833 μg/mg (95% FL:320.134-776.964μg/mg)。[结论]Bt S2480-1菌株基因组分析显示共含有12个预测毒蛋白基因,LTQ-Orbitrap MS/MS鉴定获得11个毒蛋白,Bt S2480-1菌株总蛋白对致倦库蚊和甜菜夜蛾幼虫都具有杀虫活性。     

苏云金芽孢杆菌Cyt蛋白研究进展

苏云金芽孢杆菌 (Ｂａｃｉｌｌｕｓｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ,简称Ｂｔ)是目前世界上应用最广泛、最成功的微生物杀虫剂 ,也是公认的无公害生物农药。苏云金芽孢杆菌最主要的杀虫活性物质是杀虫晶体蛋白 (ＩｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌＣｒｙｓ ｔａｌＰｒｏｔｅｉｎｓ,ＩＣＰｓ) ,包括晶体蛋白 (Ｃｒｙ)和Ｃｙｔ蛋白 (Ｃｙｔ)两大类。这两类蛋白在氨基酸序列及其基因同源性上相距甚远 ,但它们均能在靶标害虫中肠内被激活成毒素 ,并在昆虫中肠细胞膜上形成孔道 ,进而引起中肠细胞胶样渗透裂解 (ｃｏｌｌｏｉｄ ｏｓｍｏｔｉｃｌｙｓｉｓ) ,最…     

苏云金杆菌Z113菌株伴孢晶体特性及其杀虫活性

本文研究了苏云金芽孢杆菌Z113菌株在发酵过程中形成的伴孢晶体的形态及毒素蛋白的杀虫活性 ,并考察了该菌株的发育状况、OD值、pH值及不同发育时期毒素蛋白和杀虫活性的变化 ,确定了Z113菌株杀虫毒力与晶体蛋白之间的关系。     

苏云金杆菌营养期杀虫蛋白的研究

营养期杀虫蛋白 (vegetativeinsecticidalproteins ,VIPs)是苏云金杆菌 (Bacillusthuringiensis,Bt)在对数生长中期分泌的一类新型杀虫毒蛋白。VIPs主要分为VIP1、VIP2和VIP3三种。VIP1和VIP2构成二元毒素 ,对鞘翅目叶甲科的昆虫具有杀虫特异性 ;而VIP3对鳞翅目昆虫具有较广谱的杀虫活性。VIP1和VIP2的杀虫作用机理还不清楚 ;VIP3通过诱发细胞凋亡 ,最终导致昆虫死亡 ,这种作用机理与Bt杀虫晶体蛋白的作用机理完全不同 ,这为筛选新的杀虫活性物质提供了新的思路。vip基因现已被应用于转基因杀虫植物的构建 ,得到高效抗虫的多价转基因玉米。此外 ,VIPs嵌合蛋白的构建、vip及其融合基因导入其它许多宿主微生物等方面的研究也具有诱人的潜在应用前景。     

Crystal structure of a Vip3B family insecticidal protein reveals a new fold and a unique tetrameric assembly

Vegetatively expressed insecticidal proteins (VIPs) produced by Bacillus thuringiensis fall into several classes of which the third, VIP3, is known for their activity against several key Lepidopteran pests of commercial broad acre crops and because their mode of action does not overlap with that of crystalline insecticidal proteins. The details of the VIP3 structure and mode of action have remained obscure for the quarter century that has passed since their discovery. In the present article, we report the first crystal structure of a full‐length VIP3 protein. Crystallization of this target required multiple rounds of construct optimization and screening—over 200 individual sequences were expressed and tested. This protein adopts a novel global fold that combines domains with hitherto unreported topology and containing elements seemingly borrowed from carbohydrate‐binding domains, lectins, or from other insecticidal proteins.     

苏云金杆菌Vip蛋白经历正向达尔文选择的证据

营养期杀虫蛋白(Vip)是苏云金杆菌在营养期所产生的一类新型杀虫蛋白,代表了第二代转基因杀虫蛋白,它能在一定程度上克服许多害虫对δ-内毒素低敏感或者不敏感的缺陷。但是,目前和已经深入研究的δ-内毒素相比较,有关Vip蛋白结构和功能关系方面的报道还甚少。本文采用最大似然方法和基于最大简约的滑窗分析对Vip蛋白的分子进化机制进行了评价。结果发现Vip蛋白在进化过程当中经历了正选择,并采用贝叶斯方法确定了16个正选择氨基酸残基。有意思的是所有这些正选择残基都位于Vip蛋白C端从705到809的区域。当把这些正选择残基定位到二级结构和三级结构时,发现绝大部分正选择残基都暴露在Vip蛋白空间结构的表面并且聚集在环的区域。推测Vip蛋白分子进化的机制应该是受到了正选择压力而不是功能约束的松弛。导致Vip蛋白C端多样性的潜在正选择压力可能是Vip蛋白为了在和目标昆虫之间竞争取得优势,或者是为了扩大Vip蛋白的杀虫范围。文中确定的经历了正选择残基很有可能是和昆虫宿主范围有关,因此可以为今后研究Vip蛋白的结构和功能提供相应的靶点。     

苏云金杆菌辅助蛋白P20对营养期杀虫蛋白Vip3A表达的影响

为检测苏云金杆菌辅助蛋白P20对Vip3A表达和杀虫活性的影响,将p20基因与vip3A基因相连构建了重组质粒pHVP20,然后电激转化至Bt中进行了共表达,以仅携带vip3A基因的质粒pHPT3作为对照质粒。Westernblot结果显示,当vip3A基因和p20基因在Bt无晶体缺陷株CryB中共表达时,Vip3A蛋白的最大表达量约是其在CryB(pHPT3)菌株中单独表达的1.5倍。生物测定结果表明,CryB(pHVP20)和CryB(pHPT3)菌株对初孵斜纹夜蛾幼虫的LC50值分别为48.79μg/mL和78.00μg/mL,这说明P20蛋白可以促进vip3A基因在Bt中的表达,但对提高Vip3A蛋白的杀虫毒力没有显著性帮助。     

Ser-Substituted Mutations of Cys Residues in Bacillus thuringiensis Vip3Aa7 Exert a Negative Effect on its Insecticidal Activity

Vegetative insecticidal proteins (VIPs), which were produced by Bacillus thuringiensis during its vegetative growth stage, display a broad insecticidal spectrum to Lepidoptera larvae. Sequence alignment of the Vip3A-type indicates that three cysteine residues were conserved in Vip3A-type proteins. To determine whether these conserved cysteine residues contributed to the insecticidal activity, the three residues were respectively substituted with serine in the Vip3Aa7 protein by site-directed mutagenesis. Bioassays using the third instar larvae of Plutella xylostella showed that the toxicity of C401S and C507S mutants were completely abolished. To find out the inactivity reason of mutants, three mutants and the wild-type Vip3Aa7 were treated with trypsin. The results indicated that the C507S mutant was rapidly cleaved and resulted in decrease of the 62?kDa toxic core fragment. These results indicated that the replacement of the Cys⁵⁰⁷ with a Ser⁵⁰⁷ caused decrease in C507S resistance against trypsin degradation. It is suggesting a possible association between insecticidal activity and trypsin sensitivity of Vip3A proteins. This study serves a guideline for the study of Vip3A protein structure and active mechanism.     

鳞翅目昆虫中肠Bt杀虫蛋白受体研究进展

杀虫晶体蛋白(insecticidal crystal proteins,ICPs;含有Cry和Cyt 2大家族)和营养期杀虫蛋白(vegetative insecticidal proteins,Vips)等Bt杀虫蛋白可有效防治鳞翅目害虫,其中Cry应用最广泛。然而,一些地区的鳞翅目害虫已对Bt杀虫蛋白产生了抗性。目前,普遍认为鳞翅目昆虫中肠受体与Bt杀虫蛋白结合能力的改变是导致其对Bt杀虫蛋白产生抗性的最主要因素。在鳞翅目昆虫中,Cry受体是研究得最为透彻的Bt受体,已经被证实的有氨肽酶N、钙黏蛋白、碱性磷酸酶和ABC转运蛋白等。Vips杀虫蛋白类与鳞翅目昆虫中肠受体的结合方式与Cry杀虫蛋白相似,但结合位点与Cry杀虫蛋白不同。本文从结构特点、作用机制及不同鳞翅目昆虫间的表达差异等角度对以上4种鳞翅目昆虫中肠Bt受体进行了综述,并提出如下展望:(1)以棉铃虫或小菜蛾等鳞翅目昆虫为农业害虫模式生物进行深入研究,阐明其对Bt杀虫蛋白产生抗性的机制,为研究其他鳞翅目农业害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性的机制提供理论借鉴;(2)鉴于在不同鳞翅目昆虫间,中肠Bt受体与Bt杀虫蛋白结合存在差异,且同一Bt杀虫蛋白与鳞翅目昆虫Bt受体并不专一性结合,Bt杀虫蛋白多基因组合策略是较为有效的田间鳞翅目昆虫防治策略,是今后一段时间内Bt杀虫蛋白应用的发展方向。     

Toxicity analysis of N- and C-terminus-deleted vegetative insecticidal protein from Bacillus thuringiensis.

A vegetative insecticidal protein (VIP)-encoding gene from a local isolate of Bacillus thuringiensis has been cloned, sequenced, and expressed in Escherichia coli. The expressed protein shows insecticidal activity against several lepidopteran pests but is ineffective against Agrotis ipsilon. Comparison of the amino acid sequence with those of reported VIPs revealed a few differences. Analysis of insecticidal activity with N- and C-terminus deletion mutants suggests a differential mode of action of VIP against different pests.     

Toxicity Analysis of N- and C-Terminus-Deleted Vegetative Insecticidal Protein from Bacillus thuringiensis

A vegetative insecticidal protein (VIP)-encoding gene from a local isolate of Bacillus thuringiensis has been cloned, sequenced, and expressed in Escherichia coli. The expressed protein shows insecticidal activity against several lepidopteran pests but is ineffective against Agrotis ipsilon. Comparison of the amino acid sequence with those of reported VIPs revealed a few differences. Analysis of insecticidal activity with N- and C-terminus deletion mutants suggests a differential mode of action of VIP against different pests.     

苏云金杆菌杀虫蛋白的多样性

苏云金杆菌是生物防治中应用最为广泛的一种杀虫剂,其杀虫蛋白具有广泛的多样性。本文就苏云金杆菌杀虫蛋白的基因、基因分布、杀虫蛋白结构以及作用机制的多样性进行了概述。     

肠道菌对苏云金芽胞杆菌杀虫活性的研究

苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)在生长发育过程中伴随芽胞的形成高效表达对昆虫具有特异毒性的杀虫晶体蛋白,从而被广泛应用于害虫防治上。有关Bt的杀虫机制,近年来有学者提出了肠道菌模型,认为肠道菌在Bt发挥杀虫活性中是必须的,也有人提出相反的观点。以棉铃虫作为供试昆虫,利用Cry1Ac10晶体蛋白研究了棉铃虫肠道菌在Bt杀虫过程中所发挥的功能。结果发现,在棉铃虫中肠道菌并非Bt杀虫所必需,并且在肠道菌存在的情况下,Bt杀虫活性反而明显降低,通过肠道菌回接试验发现5号肠道菌对棉铃虫的保护作用最为明显。