苏云金芽胞杆菌YBT1520杀虫晶体蛋白基因的属性

通过Southern杂交发现高毒力苏云金芽胞杆菌(\%Bacillus thuringiensis)\% YBT1520菌株含有两个杀虫晶体蛋白基因片段,其5’末端所在HindⅢ片段分别为68kb和46kb,它们对应的基因分别命名为cry218和cry46。经PCR鉴定,该菌含有cry1Aa\,cry1Ab和cry1Ac基因,以及cry2基因,其中cry218属于cry1Ac。分析了cry218基因4190bp的核苷酸序列,在杀虫晶体蛋白基因分类系统中被命名为cry1Ac10。结合Southern杂交和PCR结果可判断3个cry1A基因的拷贝数不同,其中cry1Ac拷贝数最高,YBT1520菌株与其它库斯塔克亚种的杀虫晶体蛋白基因所在限制性内切酶位置明显不同。     

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。     

苏云金芽孢杆菌分子伴侣串联基因p19-p29的克隆和表达载体的构建

根据已知序列设计一对PCR引物(ORF5S,ORF3N),可从cry2Aa或cry2Ac操纵子中扩增出包含串联分子伴侣基因p19p29的DNA片段,预期大小分别为16kb和20kb。对150株苏云金芽孢杆菌菌株进行PCR检测,从26株中获得了大小为16kb的扩增片段,但未获得20kb的片段。这表明cry2Aa型操纵子p19p29基因存在较广泛,而cry2Ac型较罕见。将来自Y2菌株的16kb片段回收,通过一系列亚克隆,最终构建成一个含有p19p29串联基因的Bt表达载体,为进一步研究p19p29串联基因的功能奠定了基础。     

苏云金芽孢杆菌科默尔亚种15A3株的cry基因分析及杀虫特性

筛选的苏云金芽孢杆菌野生菌株15A3经鉴定属血清H21型科默尔亚种。用PCR及RFLP方法对其cry1类基因分析证明其含有cry1Aa,\%cry1\%Ac,\%cry1\%Ca,\%cry1\%D,\%cry1\%I及cry2六种cry基因,其cry1A基因N末端145kb片段与已发表的序列有差异。表达晶体蛋白质的分子量分别为130,79,70,65,51和45kD。对家蝇致畸实验证明其不含β外毒素。发酵液对棉铃虫,甜菜夜蛾,小菜蛾及美国白蛾均具较高的毒力。证明野生的苏云金芽孢杆菌资源中也有具国外工程菌所特有的高效杀虫晶体蛋白基因组合的优良菌株。     

苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白基因cry1Ab16的克隆及表达

通过对已知cry1类基因以及已发表的cry1Ab的序列进行分析,分别设计了引物P1、P2、P3和P4,首次从无晶体的芽胞杆菌AC11中扩增到一个苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白（Insecticidal crystal protein, ICP）cry1Ab类基因。测序结果显示该基因与已知的cry1Ab1基因有8个核苷酸不同,编码的蛋白有7个氨基酸差异。此基因已登录GenBank,并命名为新亚型基因cry1Ab16 (Ac. NO. AF375608)。Southern杂交结果进一步证实该基因存在于菌体的质粒上。将cry1Ab16基因克隆到Escherichia coli表达载体pQE30上并转化E. coli M15。Western印迹分析表明,E. coli M15表达了130 kD的Cry1Ab16蛋白,但此蛋白不稳定,大部分降解成65 kD的蛋白。将表达Cry1Ab16 蛋白的大肠杆菌用涂布法对三龄小菜蛾（Plutella xylostella）毒力测定,其LC50为258.3mg/L;对其他夜蛾科害虫的生长发育也有明显的抑制作用。     

苏云金芽孢杆菌4.0718菌株的杀虫晶体蛋白基因分析

根据苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)cry1、cry2和cry3型基因的保守区分别设计了3对通用引物Un1(d)/Un1?、Un2(d)/Un2?和Un3(d)/Un3?,以Bt4.0718菌株质粒DNA为模板进行PCR扩增,通过扩增产物片段的分子量大小来确定该菌株所含有的杀虫晶体蛋白基因类型。随后根据上述3类cry基因的高变区设计特异引物再次进行PCR鉴定。结果表明:Bt4.0718菌株含有cry1Aa、cry1Ab、cry1Ac、cry1Cb、cry2Ac和新基因cry4.5等6种基因类型。这一结果为利用该菌株构建高效广谱杀虫工程菌提供了客观依据。     

苏云金杆菌辅助蛋白P20对杀虫晶体蛋白Cry1Ab表达的影响

苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis, 简称Bt)杀虫晶体蛋白Cry1Ab因其C半端缺少了一段含4个半胱氨酸的氨基酸序列而导致蛋白的不稳定,报道苏云金杆菌辅助蛋白P20帮助Cry1Ab蛋白的表达及晶体的形成。利用穿梭载体pHT3101构建3个表达质粒,即pT1B、pP1B和pDP1B,3个质粒都含有cry1Ab基因,不同在于pT1B没有p20基因,pP1B含有p20全基因,而pDP1B不仅含有p20全基因,且在p20基因前插入cry1A?启动子。分别将这3个表达质粒经电转化到苏云金杆菌晶体缺陷型菌株CryB中,获得转化菌株T1B、P1B和DP1B。Western blot表明cry1Ab基因在这3株菌中均表达了130 kD的蛋白,部分降解为大约60 kD的蛋白。蛋白定量分析显示,3株菌130 kD蛋白量的比为1∶1.4∶1.5,降解后的60 kD蛋白量的 比为1∶1.1∶1.6,Cry1Ab蛋白总量的比为1∶1∶2∶1.6。镜检发现,Cry1Ab在3株菌中都形成典型的菱形晶体,其晶体大小为T1B Helicoverpa armigera）均具有明显的杀虫活性,三者的LC₅₀差异不显著。研究表明,P20对cry1Ab基因的表达和晶体形成均有帮助,P20表达量的多少可能是导致Cry1Ab蛋白最终产量有所不同的因素。     

苏云金芽孢杆菌vip3A基因的检测及保守性分析

Vip3A蛋白是苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）在营养期分泌的一类新型杀虫蛋白。用PCR方法从114个Bt菌株和41个Bt标准菌株中筛选到39株即约25%的菌株含有vip3A基因。利用所制备的Vip3A蛋白的多克隆抗体对以上含有vip3A基因的Bt菌株进行Western印迹分析,发现多数PCR反应为阳性的菌株都产生89 kD大小的蛋白,其中有4株没有Vip3A蛋白的表达。从以上菌株中挑选2个对夜蛾科害虫具有较高和较低毒力的菌株,即S101和611,并分别进行vip3A基因的克隆和测序,再与GenBank上所登录的其它6个全长vip3A基因和2个已报道的但未登录GenBank的vip3A基因进行核苷酸和氨基酸序列比较,结果表明,vip3A是一个极其保守的基因。将以上所克隆的2个vip3A基因即vip3AS101和vip3A611分别插入表达载体pQE30构建了表达质粒pOTP-S101和pOTP-611,转化到大肠杆菌M15,经1 mmol/L IPTG诱导后均表达89 kD大小的Vip3A蛋白。蛋白可溶性试验表明,Vip3A-S101和Vip3A-611分别有48%和35%的蛋白是可溶的。将Vip3A-S101和Vip3A-611蛋白和已报道的Vip3A-S184蛋白对初孵斜纹夜蛾 (Spodoptera litura) 幼虫进行生物测定,结果表明,3个Vip3A蛋白对斜纹夜蛾幼虫毒力没有显著性差异,这说明了Vip3A个别氨基酸的变化对蛋白的杀虫活性没有影响。     

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。     

苏云金芽孢杆菌伴孢晶体20kb DNA中cry1Ac基因的克隆、高效表达和生物活性研究

已经证实苏云金芽孢杆菌 (Bacillusthuringiensis,Bt)伴孢晶体结合 2 0kbDNA ,但其序列特异性及作用有待进一步研究阐明。研究了选择性溶解Bt 4.0718菌株Cry1类原毒素所形成的菱形伴孢晶体 ,从中抽提出与其结合的 20kbDNA。经NdeⅠ酶切消化后亚克隆构建文库 ,通过PCR-RFLP及测序筛选出含cry1Ac基因的转化子。然后设计引物PCR扩增出cry1Ac基因的ORF并与pET30a连接 ,转化E .coliBL21(DE3) ,高效表达了14.1kD蛋白。表达蛋白占总蛋白量的50%以上 ,且 90 %以上以包涵体形式存在。利用穿梭载体pHT30.4构建表达质粒pHTX42 ,电转化Bt无晶体突变株XBU001,获得重组菌株HTX42 ,经SDS-PAGE分析 ,cry1Ac基因得到强表达 ,蛋白质定量分析显示目的蛋白量占总蛋白量的79.28% ,且其在细胞中累积达细胞干重的6.413% ,比文献报道的25%左右高了 1倍以上。原子力显微镜 (AtomicForceMicroscopy ,AFM)检测显示 ,目的基因在大肠杆菌(E.coli)中表达的包涵体呈不规则形状且较小,而在无晶体突变株中表达的晶体呈典型菱形晶体,大小约为1.2μm×2.0μm.生测结果显示,包涵体与晶体对小菜蛾(Plutella xylostella)幼虫均有高效杀虫活性。本研究为构建高效杀虫工程菌及进一步阐明Bt伴孢晶体中20kb DNA分子的来源,结构和功能奠定了重要的基础。     

苏云金芽胞杆菌YBT1520杀虫晶体蛋白基因的属性

通过Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交发现高毒力苏云金芽胞杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）ＴＢＴ－１５２０菌株含有两个杀虫晶体蛋白基因片段,其５’＝末端所在ＨｉｎｄⅢ片段分别为６．８ｋｂ和４．６ｋｂ,它们对应的基因分别命名为ｃｒｙ２１８和ｃｒｙ４．６。经ＰＣＲ鉴定,该菌含有ｃｒｙ１Ａａ、ｃｒｙ１Ａｂ和ｃｒｙ１Ａｃ基因,以及ｃｒｙ２基因,其中ｃｒｙ２１８属于ｃｒｙ１Ａｃ。分析了ｃｒｙ１Ａｃ基因     

苏云金芽孢杆菌Rpp02菌株cry1Ac20基因的克隆及表达

Rpp02菌株是本实验室分离的一株对鳞翅目等多种害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌莫里逊亚种 (Bacillus thuringiensis subsp. morrisoni), 经PCR检测,它含有cry1Ac基因。对其基因组DNA进行PCR扩增,得到大约4 kb的产物。测序结果表明,该片段含有一个较大的ORF框,基因编码区为3 534 bp,编码1 177个氨基酸,分子量为133.144 kD,pI 4.952, 为弱酸性蛋白质,亮氨酸（Leu）、丝氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）3种氨基酸含量最高,分别为8.0%、7.8%、7.7%。该基因序列与cry1Ac序列同源性达到99%,并被国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会命名为cry1Ac20。生物测定表明,该基因在大肠杆菌中得到了表达,表达产物具有较强的杀虫效果,试喂菜青虫48 h后,校正死亡率为88.78%。     

苏云金芽胞杆菌高效表达载体的构建

[目的]通过比较cry1A、cry3A、cry4A和cry8E四个基因的启动子转录活性,筛选出一个强启动子,利用强启动子构建一个苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)高效表达载体.[方法]利用启动子融合lacZ技术检测了4种启动子的转录活性.通过扫描电子显微镜观察晶体、SDS-PAGE、蛋白定量和生物活性测定等方法对新建高效表达载体进行功能验证.[结果]构建了Pcry1A、Pcry3A、Pcry4A和Pcry8E4个启动子融合报告基因lacZ的表达载体,经β-半乳糖苷酶活性分析得知,启动子活性从高到低依次为Pcry8E＞Pcry1A＞Pcry4A＞Pcry3A.选取cry8E启动子,以pHT315作为基础载体构建苏云金芽胞杆菌高效表达载体pHT315-8E21b,将cry1Ac基因连接到pHT315-8E21b和广泛应用的cry3A启动子指导的pSXY-422b上,分别转入无晶体突变株HD-73-,获得菌株HD-8E1Ac和HD-422-1Ac.扫描电子显微镜观察显示,HD-8E1Ac菌株可以形成菱形晶体,说明正确表达了cry1Ac基因.SDS-PAGE分析结合蛋白定量实验表明pHT315-8E21b表达效率高于pSXY-422b.对小菜蛾(Plutella xylostella)的生物活性测定表明HD-8E1Ac菌株对小菜蛾有生物活性,且菌株活性高于HD-422-1Ac.[结论]利用强启动子Pcry8E构建了一个能在Bt中高效表达的穿梭载体pHT315-8E21b,该载体可正确表达cry1Ac基因,其表达效率高于被广泛应用的pSXY422b.     

Comparative study on effect of different promoters on expression of cry1Ac in Bacillus thuringiensis chromosome

AIMS: The aim of this work was to investigate the effect of cry3A promoter on the expression of cry1Ac in Bacillus thuringiensis chromosome and stably enhance the production of different cry genes under the control of cry3A promoter. METHODS AND RESULTS: The cry1Ac gene, which is specific to Lepidopteran larvae, was integrated into the chromosome of a B. thuringiensis plasmid-free and acrystalliferous strain BMB171, under the control of cry3A promoter and cry1Ac promoter, respectively. The expression of cry1Ac genes in the chromosome of host strain was investigated. The results from sodium dodecyl sulfate-polyacrymide gel electrophoresis, crystal observation and bioassay showed that either integrated with cry3A promoter (cry3Apro-cry1Ac) or with its native promoter (cry1Acpro-cry1Ac), cry1Ac gene could efficiently and stably express in the chromosome. The production of cry3Apro-cry1Ac gene was higher than that of cry1Acpro-cry1Ac gene. CONCLUSIONS: The cry3A promoter enhanced the expression of cry1Ac gene efficiently either on the chromosome or on the plasmid in B. thuringiensis strain. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: So far, the comparative studies on cry3A promoter and other cry promoters were carried on B. thuringiensis plasmids. This system offers an additional method for potentially improving the efficacy of B. thuringiensis insecticidal proteins efficiently, stably and safely.     

Composition and ecological distribution of cry proteins and their genotypes of Bacillus thuringiensis isolates from warehouses in China

The composition and distribution of insecticidal crystal proteins (Cry proteins) and their genotypes of Bacillus thuringiensis isolates from warehouses were evaluated through SDS-PAGE and PCR techniques. The results showed that the electrophoretic patterns of delta-endotoxin crystal preparations were divided into five types. The isolates containing approximately 135 kDa with a 65-kDa protein or only a approximately 135-kDa protein, which amounted to 55.74 and 35.25% of all isolates respectively, were the two major profiles of Cry protein isolated. The distribution of cry genes of B. thuringiensis from warehouses was highly variable. Cry protein genotypes detected in B. thuringiensis isolates included cry1Aa5, cry1Ab9, cry1Ac5, cry1Ba, cry1Ca1, cry1Da1, cry1Ea3, cry2, and cry3 genes, but not cry1Fa2. Among them, cry2, cry1Ac5, and cry1Ab9 genes were the most common in our B. thuringiensis isolates. Most B. thuringiensis isolates contained several cry genes in a total of 18 profiles. Among them, cry1Ac5 with cry1Ea3; cry1Aa5, cry1Ab9, cry1Ac5 with cry1Ea3; and cry1Aa5, cry1Ab9 with cry1Ac5 were the three principal profiles. The distribution of the Cry proteins and cry genes in isolates depended on geography and type of warehouses. Gene profiles may be used as markers for insecticidal activity of B. thuringiensis strains, but they did not directly reflect the toxic level of B. thuringiensis strains. The serotype of B. thuringiensis strains did not directly reflect the specific cry gene profiles in the strains, but certain relationships can be established between the serotype and cry genotype.     

对粉纹夜蛾高毒力cry9Eα基因的克隆及表达

[目的]从本实验室分离的Bt4菌株中克隆cry9Eα基因,并研究其表达和杀虫活性.[方法]以PCR-RFLP方法鉴定Bt4菌株含有cry9基因,然后以菌株Bt4的质粒为模板,利用全长引物F9EA/R9EA进行PCR扩增全长基因.[结果]将目的片段插入到表达载体pET21b,得到大肠杆菌重组表达质粒pETcrygEa.转化E.coli BL21(DE3),诱导后表达130 kDa的蛋白,再将cry9Eα7基因连接到穿梭载体pSXY422b,电激转化HD73-(cry-),得到工程菌BioHD9Ea7,提取Cry9Ea7晶体蛋白,并进行生物活性测定.生物活性测定结果显示CrygEa7蛋白对粉纹夜蛾(Trichoplusia ni)初孵幼虫具有高毒力,LC_(50)为0.044 μg/mL,而对甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)初孵幼虫未显示活性.[结论]克隆和表达了一个对粉纹夜蛾高毒力的基因cry9Eα7,并成功构建了工程菌BioHD9Ea7.     

苏云金芽胞杆菌营养期杀虫蛋白Vip与Cry蛋白的协同作用

将构建的营养期杀虫蛋白基因vip3表达质粒pBMB2328和含杀虫晶体蛋白基因(crylAc10或crylCa)质粒同时电转化无质粒突变株BMB171并双抗筛选。经PCR特异引物扩增验证,分别得到含crylAc10和vip83、crylCa和vip83的双基因重组菌BMB2830-171和BMB2882-171。用单基因重组菌作对照,分别测定了营养期杀虫蛋白Vip83与杀虫晶体蛋白CrylAc10和Cry1Ca两组蛋白对3种重要鳞翅目害虫毒力。经统计分析,结果表明两组杀虫蛋白Vip83与CrylAc10和Vip83与CrylCa之间对棉铃虫均存在拮抗作用,对甜菜夜蛾协同作用不明显;但对小菜蛾前协同作用不明显,而后则有增效作用,其共毒系数为32．6。双基因的遗传稳定性检测表明这种正负协同关系具有一定的分子遗传稳定性,可为高效广谱工程菌的构建提供依据。     

苏云金芽胞杆菌Rpp39杀虫晶体蛋白基因的鉴定及cry2Aa12基因的克隆表达

[目的]本研究的目的是分析从四川生态条件下分离的苏云金芽胞杆菌Rpp39菌株的特性,从分子水平上揭示该菌株对鳞翅目高毒力的原因;进一步从中分离克隆cry2Aa基因,并对其进行初步的表达研究.[方法]本研究主要采用扫描电镜观察、PCR-RFLP鉴定法和SDS-PAGE分析法研究菌株的特性;采用PCR直接克隆法克隆cry2Aa全长基因,并亚克隆到原核表达载体pET-30a中,构建重组表达质粒pET-2Aa,再转入受体菌E.coli.BL21(DE3)中进行诱导表达;采用室内生物测定法测定表达产物对小菜蛾和水稻二化螟的毒力.[结果]经扫描电镜观察菌株Rpp39主要产生菱形、方形和圆形3种伴胞晶体;SDS-PAGE分析表明主要产生130 kDa和60 kDa左右2种蛋白;经PCR-RFLP鉴定,该菌株含有cry1Aa、cry1Ab、cry1Ac、cry1Ia和cry2Aa五类杀虫晶体蛋白基因;1种cry2Aa类杀虫晶体蛋白全长基因被克隆,序列分析显示该基因的开放阅读框(ORF)为1902 bps,编码由634个氨基酸组成的蛋白质,氨基酸序列与Cry2Aa1蛋白同源性为99.7%,被国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会命名为cry2Aa12.重组表达质粒pET-2Aa在E.coli BL21(DE3)中,经IPTG诱导能正常表达,SDS-PAGE电泳验证含有65 kDa表达蛋白.生物活性测定表明表达的包涵体蛋白对小菜蛾和二化螟具有杀虫活性,LC50分别为5.4 μg/mL和22.3μg/mL.[结论]菌株Rpp39及从中分离克隆的cry2Aa12基因来自四川生态条件,丰富了菌株及基因的资源,在资源积累方面具有重要意义.     

Bt4.0718 cry1Ac基因的克隆与表达分析

在基因库中比对14种cry1Ac基因序列,发现了同源性很高的上游启动子区域和下游终止子区域。根据这一同源序列设计引物,从B t4.0718中扩增出包含双启动子和终止子的4.2 kb片段,用PCR-RFLP检测确定其中含有cry1Ac基因。然后将此片段克隆到穿梭载体pHT304中,转化大肠杆菌DH5α和B t无晶体突变株XZM-101。同时,利用原子力显微镜观察发现重组菌株BXZM34能够产生菱形晶体。