苏云金芽胞杆菌幕虫亚种晶胞粘连现象与晶体蛋白基因cry26Aa所在质粒有关

苏云金芽胞杆菌幕虫亚种T02菌株的伴胞晶体在芽胞外壁内侧形成,呈现晶胞粘连的现象。在此菌株中克隆了cry26 Aa和cry28 Aa两个基因,并对晶胞粘连现象与质粒的相关性做了系统研究。通过消除幕虫亚种T02菌株的质粒,得到了仅消除cry26 Aa所在质粒的菌株BMB1151和无质粒的菌株BMB1152。通过穿梭载体将cry26 Aa和cry28 Aa两个基因分别和同时转化无质粒突变株BMB1152并表达,形成的晶体与芽胞独立存在不能粘连,表明在幕虫亚种染色体背景下仅仅cry的表达不能形成晶胞粘连现象,从而推断晶胞粘连现象可能与幕虫亚种两个基因所在的质粒有关;进一步的研究发现将cry26 Aa在仅消除cry26 Aa所在质粒的突变株BMB1151中表达,形成的晶体与芽胞也分别独立存在不能粘连,从而进一步推断幕虫亚种晶胞粘连现象与cry26 Aa所在质粒有关。     

苏云金芽胞杆菌杀线虫伴胞晶体蛋白基因cry6Aa的克隆与表达

通过对晶体蛋白N-末端氨基酸测序,设计简并探针,从对根结线虫高毒力苏云金芽胞杆菌YBT-1518菌株中克隆到1个含有杀线虫晶体蛋白基因的片段。序列测定表明该序列含有两个ORF(orf1和orf2),其中orf1与基因cry6Aa1同源性为98%,已在GenBank上登录(Acc.NO.AF499736),并被命名为cry6Aa2。将克隆的该片段克隆到穿梭载体pHT304上,并转化苏云金芽胞杆菌无晶体突变株BMB171,重组菌株可形成米粒状伴胞晶体。生物测定表明,表达的毒素蛋白对北方根结线虫的LC₅₀为9.47μg/mL,毒力与出发菌株(10.74μg/mL)相当。     

苏云金芽胞杆菌rocE基因的转录调控

【目的】rocE基因编码精氨酸降解途径中的精氨酸通透酶,通过分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt) rocE基因的转录活性,明确rocE基因的转录调控机制。【方法】通过RT-PCR确定rocE基因所在基因簇的转录单元;β-半乳糖苷酶活性测定分析rocE基因启动子(ProcE)的转录活性;采用同源重组技术敲除BtHD73菌株的rocE基因;通过融合His标签的方法在大肠杆菌中表达纯化RocR蛋白的HTH结构域;通过凝胶阻滞实验明确RocR与rocE基因启动子的结合作用。【结果】在M9培养基中,精氨酸可诱导ProcE的转录活性;在SSM培养基和精氨酸诱导培养基中,与出发菌株HD73相比,ProcE在sigL (编码Sigma54因子)突变体和rocR突变体中的转录活性显著下降。RocR-HTH蛋白与ProcE有结合作用。rocE基因的缺失对菌体生长和Cry1Ac蛋白产量无显著影响。rocE缺失突变体的芽胞形成率为65.5%,HD73出发菌株为85.7%,显著性分析结果表明差异显著(P0.05)。【结论】rocE基因的转录活性受Sigma54的控制,并受RocR正调控。rocE基因的缺失影响菌株的芽胞形成率。     

晶胞粘连苏云金芽胞杆菌C15杀线虫毒力因子发掘与功能鉴定

苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）制剂作为一种高效的微生物杀虫剂,在植物病虫害防控领域有着广泛的应用。Bt制剂的主效成分为杀虫晶体和芽胞,其中,杀虫晶体的环境低持久性是Bt农药应用的重要限制因素之一。自然界中存在着一些Bt菌株,其产生的杀虫晶体位于芽胞外壁和芽胞衣之间,这种特殊的表型被称为晶胞粘连（spore-crystal association, SCA）表型。由于芽胞外壁对晶体的保护作用,SCA表型可以提升晶体抵抗不良环境因素的能力,是开发新型Bt生物囊杀虫剂的有效育种策略。本文选取对线虫具有强毒杀能力的 SCA菌株C15作为研究对象。获得了C15菌株的完整基因组序列,包括一个5 637 049 bp的环状染色体和8个不同大小的环形质粒（240 314 bp到3 188 bp）。C15基因编码了5个杀虫蛋白（Cry蛋白）基因：cry21-99、cry21-67、cry21-66、cry21-46和cry-N。在Bt无晶体突变株BMB171中异源表达cry21-99基因,发现其表达产物形成菱形晶体,且对秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）和南方根结线虫（Meloidogyne incognita）均有毒杀活性。同时,还在全基因组范围内预测了Cry毒素以外的杀线虫毒力因子和次生代谢产物。此外,在C15基因组中预测了本团队已报道的苏云金芽胞杆菌幕虫亚种（B. thuringiensis serovar finitimus）菌株YBT-020 SCA表型决定因子的同源基因,缺失后突变体仍然保留稳定的SCA表型,说明C15菌株的SCA表型形成机制与YBT-020不同,该菌株代表了一种新的SCA表型形成机制。本研究为转基因作物防控线虫提供了新的遗传资源,也为研究SCA表型形成机制,开发新型高效Bt制剂提供了新线索。     

苏云金芽胞杆菌cry26Aa和cry28Aa基因共表达可在芽胞外壁内侧形成伴胞晶体

苏云金芽胞杆菌幕虫亚种的伴胞晶体在预芽胞外壁内侧形成,呈现晶体芽胞粘连的现象。根据已发表的cry26Aa1和cry28Aa1基因序列设计引物,从苏云金芽胞杆菌幕虫亚种T02中扩增得到cry26Aa和cry28Aa基因,通过穿梭载体将这两个基因分别和同时转化到苏云金芽胞杆菌无晶体突变株BMB171后,透射电镜下可在芽胞外壁内侧和外侧同时观察到伴胞晶体,而单独表达时可在芽胞外壁外侧观察到伴胞晶体。结果表明,伴胞晶体在芽胞外壁内侧表达不单独依赖于启动子的时空调控,可能还受到晶体蛋白相互作用的影响。     

苏云金芽胞杆菌cry26Aa和cry28Aa基因共表达可在芽胞外壁内侧形成伴胞晶体

苏云金芽胞杆菌幕虫亚种的伴胞晶体在预芽胞外壁内侧形成,呈现晶体芽胞粘连的现象。根据已发表的cry26Aa1和cry28Aa1基因序列设计引物,从苏云金芽胞杆菌幕虫亚种T02中扩增得到cry26Aa和cry28Aa基因,通过穿梭载体将这两个基因分别和同时转化到苏云金芽胞杆菌无晶体突变株BMB171后,透射电镜下可在芽胞外壁内侧和外侧同时观察到伴胞晶体,而单独表达时可在芽胞外壁外侧观察到伴胞晶体。结果表明,伴胞晶体在芽胞外壁内侧表达不单独依赖于启动子的时空调控,可能还受到晶体蛋白相互作用的影响。     

苏云金芽胞杆菌G03 spoIVF操纵子敲除对芽胞和晶体形成的影响

spoIVF是一个普遍存在于芽胞杆菌中的操纵子。在枯草芽胞杆菌中,它编码的两个蛋白是芽胞形成所必需的。采用基因重组技术敲除了苏云金芽胞杆菌G03菌株中的spoIVF操纵子,构建了spoIVF缺失株G03(spoIVF-)。研究表明:该突变株丧失了形成芽胞和晶体的能力。lacZ基因与cry1Aa基因的启动子融合表达分析发现:突变株中的cry1Aa基因的活性严重降低。利用载体pSTK携带spoIVF操纵子在突变株中的表达,使突变株部分恢复了产胞和形成杀虫晶体蛋白的能力。这说明spoIVF操纵子是所必需的,同时该操纵子还影响σ^E因子控制的cry1Aa基因表达。     

转化crylC基因对苏云金芽胞杆菌杀虫活性的影响

将含基因crylC的质粒 ,通过电脉冲法转入含基因CrylC的质粒 ,通过电脉冲法转入含基因CrylAb、CrylAc和cry2的对小菜蛾具有高毒力的苏云金芽胞杆菌野生菌株YBT-803-1中 ,得到转化子BMBY-003。PCR和SDS PAGE分析显示 ,CrylC可在其中正常复制、表达 ,但使受体菌部分内源质粒发生丢失。生物测定结果表明 ,转化子BMBY-003既对甜菜夜蛾有毒力 ,LC₅₀ 值     

苏云金芽胞杆菌cry1Ac与烟草几丁质酶tchiB双价基因克隆表达及其杀虫增效作用研究

将苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)4.0718菌株质粒上的cry1Ac基因和烟草几丁质酶tchiB基因 (去掉信号肽或去信号肽再加肠激酶位点)构建了重组基因。经过双酶切和亚克隆,将带有cry1Ac基因上游启动序列和下游终止序列的重组基因片段克隆至穿梭载体pHT315,分别构建重组质粒pHUAccB6、pHUAccB7,在大肠杆菌中扩增后,将两个重组质粒分别电转化苏云金芽胞杆菌无晶体突变株XBU001中,获得重组菌株HAccB6和HAccB7。经液体双相胞晶分离提取离心后,将晶体和上清液分别进行SDS-PAGE分析,双价基因重组与cry1Ac基因在无晶体突变株中表达量相比较,几丁质酶活性提高5.2倍,双价重组蛋白表达量显著提高,主要产生130kDa蛋白条带。经定量分析：双价重组目的晶体蛋白占总蛋白量的61.38%;Cry1Ac蛋白占总蛋白量的42%。发酵上清液经60％硫酸铵沉淀,显示出一条分子量为18kDa新蛋白条带。经原子力显微镜和电子显微镜观察,表达后的重组蛋白呈菱形或椭原形晶体,其规格约为1.5×3.0μm;经生测分析,重组菌株HAccB6和 HAccB7毒力相近,与HAc菌株比较毒力提高4.5倍,对棉铃虫（Helicourpa armigora）具有高效杀虫活性,其3d LC₅₀值分别为9.1μg/mL和11.34μg/mL。研究结果表明,烟草几丁质酶与cry1Ac双价基因重组表达产物具有杀虫增效作用。     

苏云金芽胞杆菌Sigma H对芽胞形成的影响

【目的】检测苏云金芽胞杆菌HD73中的转录调控因子Sigma H(σ~H)对spo0A基因转录的调控作用;异源表达纯化Sigma H蛋白,验证其对spo0A基因启动子的直接结合;检测sigH基因的缺失对苏云金芽胞杆菌HD73芽胞形成和晶体蛋白产生的影响。【方法】通过测定spo0A基因启动子指导的β-半乳糖苷酶活性评价spo0A基因在苏云金芽胞杆菌HD73野生型和sigH缺失突变体中的转录水平;通过PCR扩增苏云金芽胞杆菌HD73的sigH基因并插入到表达载体pET21b上,将质粒转入到表达菌株BL21(DE3)中,得到重组菌株BL21 (pETsigH);利用镍柱亲和纯化和阴离子交换纯化得到纯化的Sigma H蛋白;通过凝胶迁移实验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)验证Sigma H蛋白与spo0A基因启动子的直接结合;通过显微镜观察、活芽胞计数的方法对突变株HDΔsigH进行表型特征分析。【结果】sigH缺失后,spo0A基因转录活性降低;在大肠杆菌中正确表达并纯化出大小约为28kDa的Sigma H-His蛋白;EMSA结果表明纯化后的Sigma H-His蛋白可与spo0A基因启动子结合;镜检和活芽胞计数结果表明突变株HDΔsigH无法产生芽胞和蛋白晶体。【结论】Sigma H蛋白通过与spo0A基因启动子结合直接调控spo0A基因的表达且sigH基因的缺失阻断了苏云金芽胞杆菌中芽胞和晶体蛋白的产生。     

苏云金芽孢杆菌chiA,chiB全基因的克隆、表达及其序列分析

以苏云金芽孢杆菌科默尔亚种15A3菌株基因组DNA为模版,用touchdown PCR方法扩增几丁质酶ChiA和ChiB的全基因序列(GenBank登录号:EF103273和DQ512474)。将PCR产物连接pUCm-T克隆载体,获得重组质粒pUCm-chiA和pUCm-chiB,分别转化E.coliXL-Blue。克隆的几丁质酶基因可以利用本身的启动子异源表达各自的蛋白,不需要几丁质作为诱导物。表达的几丁质酶能够分泌到胞外。证明15A3菌株可组成型表达2种几丁质酶。经核苷酸及氨基酸序列分析证明,chiA基因全长1426bp,含有343bp的上游非编码区和1083bp的ORF,编码360个氨基酸。推测成熟蛋白分子量为36kD,只有一个几丁质酶催化域。chiB基因全长2279bp,含有248bp的上游非编码区和2031bp的ORF,编码676个氨基酸。推测成熟蛋白分子量约为70.6kD,具有三个功能域。核苷酸序列分析显示chiA和chiB的启动子所处的位置及转录起始碱基都不相同,-35区相同,而-10区有两个碱基不同,SD序列也不完全一致。     

受体介导的鳞翅目昆虫对Bt毒素抗性机制进展

苏云金芽孢杆菌作为一种对人畜安全、环境友好型绿色杀虫剂在全球被广泛使用。Bt毒素与昆虫中肠上特定毒素受体结合并发挥作用,形成毒素穿孔导致昆虫死亡是其重要的杀虫机制之一,靶标害虫对Bt毒素产生抗性是制约转Bt作物长期有效种植和Bt毒素持续使用的重要因素。文中从鳞翅目昆虫中肠细胞Bt毒素重要受体的研究阐述昆虫对Bt的抗性机制,为Bt抗性机制的深入研究和对害虫的防控与治理提供了一定的理论参考。     

苏云金芽胞杆菌BkdR和CcpA对bkd基因簇的转录调控

【目的】通过分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)转录调控因子BkdR和多效调控因子CcpA对亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸代谢基因簇bkd的转录调控,明确bkd基因簇的转录调控机制。【方法】通过β-半乳糖苷酶活性测定分析bkd基因簇启动子的诱导转录活性,采用同源重组技术敲除Bt HD73菌株的ccpA基因,通过融合His标签的方法在大肠杆菌中表达纯化BkdR和CcpA蛋白,通过凝胶阻滞实验明确BkdR和CcpA蛋白与bkd基因簇启动子的结合作用。【结果】亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸可诱导bkd基因簇启动子Pptb的转录活性。Pptb的诱导活性在bkdR突变体中明显降低,而在ccpA突变体中明显上升。BkdR和CcpA蛋白与Pptb均有结合作用。【结论】bkd基因簇的转录活性受BkdR正调控,而受CcpA负调控。     

Bt新菌株资源的采集与鉴定

【目的】寻找对致倦库蚊高效的苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)杀蚊菌株新资源。【方法】从福建省的武夷山自然保护区、建阳、建瓯、浦城等多个地区采集土壤样品,采用热处理法从土壤中分离Bt菌株,并测定其对致倦库蚊活性的效果。【结果】从125份土壤样品中分离出71株Bt菌株,经生物测定得到4株对致倦库蚊有效菌株(QQ13、QQ42、QQ66和QQ92)。其中,QQ66和QQ92有较高的毒性,均有几丁质酶基因,没有检测到cry1、cry1Ⅰ、cry2、cry4、cry5、cry6、cry7、cry8、cry9、cry10和cry11基因,在75～100 ku处各有一条杀虫晶体蛋白条带。【结论】采集和鉴定到的Bt新菌株资源将对致倦库蚊的生物防治起到促进作用。     

苏云金芽胞杆菌的鉴定及对椰子织蛾的致死作用

【背景】利用采集到的样品分离出苏云金芽胞杆菌菌株,针对椰子织蛾幼虫进行室内生物活性测定,以期获得对椰子织蛾幼虫具有高毒力菌株,并为椰子织蛾的生物防控提供理论和技术依据,同时为转Bt基因作物提供新的基因资源。【方法】在海南岛椰子织蛾潜在分布区采集样品,利用温度法筛选苏云金芽胞杆菌并进行形态学和分子生物学鉴定,采用浸叶法进行Bt菌株对椰子织蛾幼虫的生物活性测定。【结果】海南省保亭县土壤样品中筛选出8株菌株,电子显微镜下观察到该批菌株含有菱形、球形、方形晶体;通过分子生物学鉴定明确了6株菌株含有cry基因,2株没有鉴定出cry基因;利用相同浓度菌悬液对椰子织蛾幼虫进行了生物活性测定,结果表明,50μg·m L-1的BAT10菌株杀虫晶体蛋白对椰子织蛾幼虫的致死率达100%,同样浓度的29-15-4与BAT20菌株杀虫晶体蛋白对椰子织蛾幼虫的致死率超过80%,其余5株Bt的杀虫晶体蛋白致死率较低,致死率小于50%。【结论与意义】本试验筛选出1株高毒力菌株和2株效果较好的Bt菌株,可应用于椰子织蛾的生物防控。     

碱性条件下苏云金芽胞杆菌基础代谢分析

【目的】探索苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)形成转录差异的碱性条件,明确B.thuringiensis在该条件下的基础代谢途径变化。【方法】采用半定量RT-PCR技术及实时荧光定量PCR技术,确定碱刺激下参考基因psp A存在表达差异的碱性处理条件。在该条件下提取RNA进行Agilent定制B.thuringiensis表达谱芯片杂交,对芯片数据进行差异表达分析、GO富集分析及生物途径富集分析等。【结果】通过检测psp A表达变化,将对数生长中期的菌体加入终浓度为28 mmol/L的Na OH并诱导培养10min,作为B.thuringiensis响应碱刺激的研究条件。富集分析表明碳代谢、脂肪酸合成代谢、氨基酸合成代谢途径变化明显。细胞糖酵解途径至少19个酶促基因上调表达,三羧酸循环中催化α-酮戊二酸转化为苹果酸的大部分酶蛋白编码基因上调2倍以上。【结论】本研究发现在碱性条件下B.thuringiensis基础代谢明显增强,细胞可能通过大量合成酸性物质如乳酸、苹果酸等来提高细胞对于碱性环境的适应能力。