小菜蛾对Bt毒素Cry1Ac和Bt制剂抗性的选育及其抗性种群的生物学适应性

用Bt制剂和Bt毒素Cry1Ac分别对源自深圳田间的小菜蛾Plutella xylostella在室内进行抗性种群选育,获得相对抗性倍数分别为24.36、38.16倍的抗性种群DBM.1Ac-R30和DBM.Bt-R46。对这2个抗性种群及其敏感种群（DBM.Bt-S）的生长发育、存活及繁殖特征进行了详细地观察与比较,并以甘蓝为饲喂材料构建了2个抗性实验种群的生命表。结果表明,DBM.1Ac-R30和DBM.Bt-R46种群较DBM.Bt-S种群的产卵量和孵化率下降,幼虫发育历期延长,雌雄比显著降低,雌成虫数量、寿命减少。DBM.1Ac-R30和DBM.Bt-R46种群相对于DBM.Bt-S种群的相对适合度分别为0.75和0.65,抗性种群在繁殖能力上存在明显的生存劣势。     

钙粘蛋白片断可使Bt毒素增效

苏云金芽胞杆菌（Bt）可以分泌产生有杀虫性的结晶状蛋白，它已被广泛地应用到农业害虫防治中，且起到了重要的作用。钙粘着蛋白Bt—R1是一种结合蛋白，存在于烟草天蛾中肠上皮细胞里，可结合BtCry1A毒素。Adang等科学家先前鉴定出Bt—R1区很接近细胞膜的CR12-MPED区（Cry1Ab介导的细胞毒素途径所必需的一个结合区）。2007年8月28日《PNAS》报道了一个含有CR12-MPED区的肽，并在大肠杆菌中表达，可作为Cry1A毒性的增效剂，防治鳞翅目幼虫。CR12-MPED肽结合在刷状缘膜囊和中肠微绒毛上，但不改变中肠上Cry1Ab或Cry1Ac结合位点。通过BIAcore分析，证明Cry1Ab可结合在CR12-MPED的高、低2个亲合位点上。     

利用噬菌体展示技术筛选Cry2Ab毒素受体表位的方法

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)产生的内毒素具有杀虫活性,Cry2Ab毒素作为Bt棉花的杀虫活性蛋白,其在靶标昆虫体内的结合受体及作用位点尚不清楚,本研究采用噬菌体展示(phage display)的方法,经4轮的"吸附—洗脱—扩繁"筛选,并对阳性克隆所携带的外源DNA片段进行序列测定后,得到2段能够与活化Cry2Ab毒素相互作用的多肽序列,通过酶联免疫结合试验(ELISA)进一步证明,这2段多肽序列与活化Cry2Ab毒素具有较高的亲和力和特异性,结果表明,利用该方法能够由噬菌体随机肽库中高效捕获亲和序列,筛选到与活化Cry2Ab毒素具有高亲和力的多肽,该序列可以模拟Cry2Ab毒素的受体表位,为进一步研究Cry2Ab毒素作用机制奠定了基础,并为今后田间抗性基因频率检测,以及毒素—受体作用机制研究工作提供更有力的技术支持。     

鳞翅目昆虫氨肽酶N与Bt毒素的结合及其与Bt抗性的关系

随着Bt Cry作物在我国的广泛应用和推广,靶标害虫对其抗性风险已成为Bt Cry作物生态安全研究的重要内容.氨肽酶N(Aminopeptidase N,APN)是位于昆虫中肠刷状缘膜囊泡(Brush Border Membrane Vesicles,BBMV)上Bt Cry毒素重要的受体蛋白之一,它与Bt Cry毒素...     

转Bt基因抗虫作物培育现状及Bt蛋白的改造和聚合策略的利用

Bt基因是目前世界上应用最为广泛的抗虫基因,已经被转入多种作物中。其中,棉花、玉米、马铃薯等转Bt基因抗虫作物已经商品化生产,创造了可观的经济效益。结合作者的资料收集和研究结果,综述了Bt基因以及转Bt基因抗虫作物的培育现状,同时对提高Bt蛋白杀虫活力的方法和Bt基因聚合策略的利用进行了深入的探讨。     

转基因抗虫作物中苏云金芽孢杆菌Cry蛋白的食品安全问题

苏云金芽孢杆菌(Bt)微生物制剂是农业、林业和饮用水等领域用来控制靶标害虫幼虫的有效工具,至今已经有50余年的使用历史。同时其在美国、欧洲和其他一些国家被广泛用于经过认证的有机农业生产之中。目前已获审批的转基因Bt作物中最常使用的是Cry蛋白。Cry蛋白的作用机制、食品安全性以及致敏性已经经过啮齿类动物、农场动物和人体内试验和生物信息学研究的严格检验。Cry蛋白的杀虫作用只在靶标害虫的碱性消化道内,与中肠上皮细胞的特异蛋白受体结合才能起到杀虫作用,而其他非靶标生物体内(人类、猕猴、小鼠、大鼠和牛等)都被证明没有这种特异蛋白质受体。美国、欧洲和其他国家的管理机构都已经证实了转基因Bt作物和Cry蛋白在农作物和饮用水中残留的安全性。食物加工过程能够最大化地减少转基因作物中功能性Cry蛋白的摄入。转基因抗虫作物有利于降低农药杀虫剂的使用的同时,也能够有效防止玉米中伏马菌毒素的污染。     

棉铃虫田间种群Bt毒素Cry1Ac抗性基因频率的估算

采用改进的F₁筛查法检测了2005年采自华北地区的棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)田间种群对Bt毒素Cry1Ac的抗性基因频率。2005年从河南安阳和河北沧县转Bt基因抗虫棉上采集二代棉铃虫卵,在室内用人工饲料饲养至2龄幼虫,用1 μg/cm² 的Cry1Ac活化毒素进行初筛,将初筛存活成虫与室内筛选的GYBT抗性品系成虫进行单对杂交,并用区分剂量(2.5 μg/cm²)对F₁代进行检测。经检测,2005年河南安阳棉铃虫种群和河北沧县棉 铃虫种群对Cry1Ac抗性基因频率基本一致,分别为1.4×10^-3和1.5×10^-3。用毒素涂表法测定了2004、2005年采自河南安阳、河北高阳、河北沧县、新疆阿克苏和新疆沙湾棉铃虫田间种群对Cry1Ac活化毒素的敏感性水平,结果表明华北棉区与新疆内陆棉区棉铃虫种群对Cry1Ac的敏感性存在一定的地区性差异（<8倍）。总体上,我国华北棉区棉铃虫种群对Cry1Ac还未产生明显抗性,抗性基因频率处于正常水平。棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性风险依然存在,需要尽快启动全国性的早期抗性检测和预警工作。     

转基因植物中Bt杀虫蛋白的重组噬菌体辅助检测

以LRP和棉花总蛋白为本底蛋白,纯化的Bt杀虫蛋白为目标蛋白,利用噬菌体展示技术从噬菌体的随机七肽库中筛选与Bt蛋白特异性结合的七肽.ELISA检测表明经过三轮淘筛过程,特异性多肽得到了高度富集,其中PH5可与Bt蛋白特异性结合.将筛选出的PH5作为Bt蛋白的“类抗体”用于抗虫转基因植物的检测,由此建立了一种新的检测方法,讨论了噬菌体展示技术在植物基因工程中的潜在应用价值.     

Bt水稻Cry1Ab杀虫蛋白表达的时间动态及其在水稻土中的降解

采用ELISA技术检测了Bt水稻克螟稻1号(KMD1)和克螟稻2号(KMD2)不同生育期茎和叶片中cry1Ab基因的表达水平,以及植株组织(茎和叶片)室内埋于不同稻田土壤中其Cry1Ab杀虫蛋白的降解动态。结果表明,不论是KMD1还是KMD2,茎和叶片中cry1Ab基因的表达量为3.7～9.1μg/g鲜重,均以拔节期和孕穗期相对较低,灌浆初期显著升高,黄熟期又明显下降(但仍然维持在较高的表达量)。KMD1茎和叶片中Cry1Ab蛋白在3种水稻土即青紫泥田、黄松田和黄筋泥田中的降解,均以前期(处理后12d内)较快,但中后期明显较慢;处理后42d,这两种组织中的Cry1Ab残留量均稳定在μg级水平,分别仅有0.20～0.85μg/g干重和0.35～1.81μg/g干重。KMD1茎和叶片中Cry1Ab蛋白降解动态与土壤类型密切相关,青紫泥田中降解最快,黄筋泥田中次之,黄松田中最慢。淹水可加快土壤中茎和叶的腐解,从而促进其中Cry1Ab蛋白的降解。KMD2粉碎叶中Cry1Ab蛋白在有菌水稻土中的降解快于无菌土中,表明土壤微生物存在可加快Cry1Ab蛋白的降解。在各种土壤淹水与非淹水、灭菌与非灭菌处理条件下的Cry1Ab蛋白降解过程均可用指数方程进行拟合,算得其消减半衰期为2.2～11.6d不等。讨论了土壤类型、淹水等影响Cry1Ab蛋白降解的可能机制,认为土壤微生物是其中起关键作用的一个因子。     

转Bt基因抗虫玉米对亚洲玉米螟幼虫取食行为的影响

室内研究了转cry1Ab杀虫蛋白基因的Bt抗虫玉米MON81 0和Bt1 1对亚洲玉米螟Ostriniafurnacalis初孵幼虫和3龄幼虫的取食行为、取食选择性和存活率的影响。在48h的非选择性试验中玉米螟初孵幼虫在MON81 0和Bt1 1玉米心叶组织上的幼虫取食率随时间的增加而下降,在对照玉米上的幼虫取食率随时间的增加而上升,两者间差异极显著。初孵幼虫接虫到MON81 0和Bt1 1玉米叶片48h的累计死亡率分别为67 .5 %和47 .5 % ,而在对照玉米上死亡率均为0. 3龄幼虫在Bt和非Bt玉米穗轴组织上的幼虫取食率随时间的增加呈上升趋势,第48h时在Bt和非Bt玉米上的幼虫取食率分别达到77 5 %和1 0 0 % ,差异极显著。选择性试验中,第4～48h内,初孵幼虫在Bt玉米上的幼虫取食率呈下降趋势,第48h时MON81 0和Bt1 1与各自非Bt对照的组合中初孵幼虫的累计死亡率分别为2 5 .0 %和1 7. 5 % ,二者差异不显著。3龄幼虫在Bt玉米和非Bt玉米上的幼虫取食率均随时间的延长而增加,但在非Bt玉米的幼虫取食率增加速度快,与Bt玉米差异极显著。Bt玉米对玉米螟幼虫取食有抑制和忌避作用。     

昆虫类钙粘蛋白与Bt Cry1A蛋白之间的相互作用

类钙粘蛋白(cadherin-likeprotein)位于昆虫中肠刷状缘膜囊泡(brushbordermembranevesicles,BBMV)上,是苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)产生的杀虫晶体蛋白(BtCry蛋白)的主要受体之一。它能够与BtCry蛋白结合,引起细胞膜的渗透性发生改变,促进BtCry蛋白对敏感昆虫的毒杀作用。类钙粘蛋白基因的突变还能导致敏感昆虫对BtCry蛋白产生抗性。因此,研究昆虫类钙粘蛋白与BtCry蛋白之间的相互作用,将有助于揭示BtCry蛋白杀虫作用机理。文章对昆虫类钙粘蛋白种类、结构特征、在昆虫体内的分布、及其与BtCry蛋白之间的相互作用等方面的研究现状进行详细论述。     

Bt毒蛋白Cry1Ac在人造土壤中对赤子爱胜蚓毒理及生化影响

Bt毒素能通过转基因作物的花粉、根和残株进入土壤.为评估转基因作物对土壤动物的影响,本文模拟转基因棉的Bt毒素进入土壤的发生程度,用含不同浓度Bt毒蛋白Cry1Ac的人造土壤处理蚯蚓,测定蚯蚓存活率、重量变化及体内总蛋白含量和过氧化氢酶(CAT)、乙酰胆碱酯酶(AchE)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和纤维素酶活性.结果表明,Bt毒蛋白对蚯蚓的生物量和生理水平影响均不明显,不存在急毒性和亚致死毒性影响,对蚯蚓比较安全.     

多年种植Bt稻后外源蛋白在土壤中的积累

外源蛋白在环境中的残留与积累是转Bt基因作物环境安全评价的重要内容之一。我国已育成多个具有商业化前景的Bt稻品系,但目前多年种植Bt稻后Bt外源蛋白是否会在土壤中积累还不清楚。本研究在同一试验田连续9年种植了转cry1Ab/1Ac基因明恢63(华恢1号)和转cry2A基因明恢63水稻,采用酶联免疫吸附法(ELISA)跟踪监测了分蘖期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量变化,试验第1年(2012年)和最后1年(2020年)还测定了苗期、开花期和成熟期根际土中外源蛋白含量。结果表明: 2012年,转cry1Ab/1Ac基因明恢63在苗期、分蘖期、开花期、成熟期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量分别为1.25、1.77、1.97、1.71和0.30 ng·g^-1,2020年分别为1.30、1.69、2.03、1.77和0.43 ng·g^-1;2012年,转cry2A基因明恢63在苗期、分蘖期、开花期、成熟期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量分别为0.91、1.52、1.53、1.37和0.12 ng·g^-1,2020年分别为0.95、1.43、1.61、1.40和0.15 ng·g^-1。多因素方差分析显示,时间效应对Bt外源蛋白积累不显著,而品种和生育期效应显著。Bt稻生长过程中根际土中可以检测出微量的Bt外源蛋白,但收获后60 d已经基本降解完毕,根际土中Bt外源蛋白含量不会随着种植时间的增加而累积。     

Selection and application of broad-specificity human domain antibody for simultaneous detection of Bt Cry toxins

Bt Cry toxin is a kind of bio-toxins that used for genetically modified crops (GMC) transformation widely. In this study, total 15 positive clones could bind the Bt Cry toxins which isolated from a human domain antibody library by 5 rounds affinity selection. According to analyzing of PCR amplification and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), the most positive phage domain antibody (named F5) gene was cloned into the pET26b vector and expressed in E. coli BL21. The purified antibody was used to develop an indirect competitive ELISA (IC-ELISA) for Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1B, Cry1C and Cry1F toxins, respectively. The working range of detection for standard curves in IC-ELISA were 0.258–1.407 μg/mL, the medium inhibition concentration (IC₅₀) were 0.727–0.892 μg/mL and detection limit (IC₁₀) were 0.029–0.074 μg/mL for those Bt Cry toxins. The affinity of F5 domain antibody with Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1B, Cry1C and Cry1F toxins were 1.21–5.94 × 10⁷ M⁻¹. The average recoveries of the 5 kinds of Bt Cry toxins from spiked wheat samples were ranged from 81.2%–100.8% with a CV at 2.5%–9.4%. The results showed that we successfully obtained the broad-specificity human domain antibody for simultaneous detection of Bt Cry toxins in agricultural product samples.     

转Bt基因棉花杀虫晶体蛋白的表达及光合特性的研究

转Bt基因棉花(GK、ZK)及非Bt基因棉花(CZ)杀虫晶体蛋白表达及光合特性的研究表明,杀虫晶体蛋白在转Bt基因棉花GK与ZK中的表达总量及在各器官中的分配均有所不同．转Bt基因棉花叶片的净光合速率的光响应与常规棉有所不同．转Bt基因棉花GK与ZK叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率的日变化有明显的不同,而胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、叶温的日变化趋势则基本一致．胞间二氧化碳浓度的日平均值在两转Bt基因棉花间的差异达显著水平,而其它各指标在不同处理间的差异均未达显著．     

转Bt基因作物Bt毒素在土壤中的环境去向及其生态效应

综述了转Bt基因作物的Bt毒素在土壤中的环境去向及其生态效应的研究进展。重点阐述了：①Bt毒素与土壤表面活性颗粒结合及其与土壤理化性质的关系;②Bt毒素微生物利用与降解;③Bt毒素的杀虫活性;④后茬作物和土壤动物对Bt毒素的吸收与利用;⑤Bt毒素的垂直运移;⑥Bt毒素对土壤生物和生态过程的影响。转Bt基因作物的Bt毒素对土壤生态系统的影响急需在生态系统水平进行深入细致的长期定位研究。     

Expressing a moth abcc2 gene in transgenic Drosophila causes susceptibility to Bt Cry1Ac without requiring a cadherin-like protein receptor

Bt toxins ingested by insect pests can bind to midgut receptors and cause death, although several steps in this process remain unclear. Multiple Bt toxin receptors have been identified in Lepidoptera, including a cadherin-like protein (CaLP), which is central to several models explaining Bt toxins’ mode of action. Mutations in the Plutella xylostella ATP-dependent binding cassette transporter C2 (Px-abcc2), rather than CaLP, are genetically linked with Bt Cry1Ac resistance. Here we expressed Px-abcc2 in Drosophila and performed larval bioassays to determine whether this protein acts as an effective Bt receptor. Cry1Ac had no effect on larvae expressing Px-abcc2 in salivary glands, yet larvae expressing Px-abcc2 in the midgut were highly susceptible to both Cry1Ac protoxin and trypsin activated toxin. Furthermore, the CaLP orthologue has been lost from the Drosophila genome, making this a useful system for investigating the role of CaLP peptides from Manduca sexta (CR12-MPED), which are known to act as Bt synergists in larval feeding assays. Drosophila larvae expressing Px-ABCC2 in the midgut were fed LD₅₀ concentrations of Cry1Ac toxin or protoxin, plus purified CR12-MPED cloned from M. sexta or P. xylostella. The M. sexta CR12-MPED protein acted synergistically with Cry1Ac protoxin and activated toxin significantly more effectively than the P. xylostella peptide. This work demonstrates ABCC2 is the major functional Cry1Ac receptor for P. xylostella and the importance of CaLP proteins in Bt mode of action may vary between different lepidopteran species.