盐胁迫对Bt棉棉蕾杀虫蛋白表达的影响

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉蕾抗虫性的影响程度,采用盆栽试验,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%), 研究盐分对蕾期Bt棉棉蕾中杀虫蛋白含量、Bt基因相对表达量及氮代谢相关酶和物质代谢的影响.结果表明: 棉蕾中Bt杀虫蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),2个不同类型棉花品种在土壤盐分0.30%及以上时,棉蕾中杀虫蛋白含量显著下降,且随土壤盐分水平的升高,Bt 杀虫蛋白含量下降幅度增大.土壤盐分胁迫提高了棉蕾中Bt基因的相对表达量.在相同土壤盐分水平下,盐敏感品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量受土壤盐分影响较大.杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度较大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性上升幅度也较高.说明土壤盐分胁迫下,Bt棉棉蕾蛋白质合成能力下降,分解能力增强,可能是导致杀虫蛋白表达量下降的主要原因.     

高温对Bt棉盛蕾期蕾中Bt蛋白表达及氮代谢生理的影响

以来源于中国的Bt棉品种泗抗1号(常规种)、泗抗3号(杂交种)和来源于美国的Bt棉品种99B(常规种)、岱杂1号(杂交种)为材料,研究了不同高温对Bt棉盛蕾期蕾中Bt蛋白表达量变化及氮代谢生理特征的影响.结果表明: 与对照(32 ℃)相比,在38 ℃以上高温时,4个品种棉蕾中Bt蛋白表达量均显著下降,且随温度升高,Bt蛋白含量下降幅度增大.杂交种棉蕾中Bt蛋白表达量要高于常规种,且受高温影响较小.Bt杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度也大,游离氨基酸含量、蛋白酶活性、肽酶活性增加幅度较大.     

高温胁迫对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量及氮代谢的影响

以Bt基因来源于中国的棉花品种泗抗1 号(常规种)、泗抗3 号(杂交种)和来源于美国的棉花品种99B(常规棉)、岱杂1 号(杂交棉)为材料,研究了不同高温水平下Bt 棉盛铃期铃壳中Bt 蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明: 铃壳中Bt 蛋白含量随温度升高而降低,与对照相比(32 ℃),常规棉品种在38 ℃、杂交棉品种在40 ℃以上时,铃壳中Bt 蛋白含量大幅度下降.其中,常规种泗抗1号和99B在38 ℃时分别下降53.0%和69.5%;杂交种泗抗3号和岱杂1号在40 ℃时下降64.8%和54.1%.铃壳Bt 杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,游离氨基酸含量明显提高,GPT活性显著下降,蛋白酶活性显著增加.高温影响铃壳的氮代谢引起Bt蛋白的分解加剧,合成减弱,从而造成Bt蛋白含量减少,抗虫性下降.     

土壤盐分对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量和氮代谢生理的影响

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉铃抗虫性的影响,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%),采用盆栽法研究了不同土壤盐分下Bt棉盛铃期铃壳Bt蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明: 铃壳中Bt蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),盐敏感型品种在土壤盐分0.15%、耐盐型品种在0.30%以上时,铃壳中Bt蛋白含量显著下降.相同土壤盐分水平下,花后30 d(DPA)铃壳Bt蛋白含量下降幅度明显大于10 DPA.在铃壳Bt杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,硝酸还原酶(NR)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性显著下降;游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性在土壤盐分0.30%以上时显著增加.以上结果说明,土壤盐分影响铃壳的氮代谢,从而引起Bt蛋白合成减弱,中度以上土壤盐分水平会引起Bt蛋白分解加强,从而导致杀虫蛋白表达水平进一步下降.     

高温和湿度对转Bt基因棉叶片Bt蛋白表达的影响

以来源于美国的转Bt基因棉DP410B(常规种)和岱杂1号(杂交种)以及来源于中国的转Bt基因棉泗抗1号(常规种)和泗抗3号(杂交种)为材料,研究高温(37℃)条件下,大气湿度(50％、70％、90％)变化对Bt蛋白表达的影响.结果表明:高温条件下,盛蕾期,温湿度对4个供试品种Bt蛋白表达均无显著影响;盛花期,与对照(温度25 ～ 30℃,湿度60％ ～70％)相比,常规种在50％湿度时叶片Bt蛋白含量显著降低2.6％ ～3.0％;盛铃期,DP410B、泗抗1号和泗抗3号的Bt蛋白含量在50％湿度处理下比对照显著降低3.3％ ～5.8％.4个转Bt基因棉品种中,DP410B和岱杂1号的Bt蛋白含量最高,而泗抗1号最低.     

花铃期干旱和渍水对棉铃碳水化合物含量的影响及其与棉铃生物量累积的关系

在池栽条件下,以美棉33B为材料,研究花铃期干旱、渍水7 d和渍水14 d处理对棉铃碳水化合物含量的影响及其与生物量累积的关系.结果表明: 干旱处理对下部果枝棉铃铃壳碳水化合物含量的影响较小,降低了中部铃壳碳水化合物含量;干旱处理上部铃壳和渍水处理铃壳可溶性糖、淀粉含量增加,蔗糖含量先降后增,且随渍水持续期延长变幅增大,蔗糖外运受阻加重.与铃壳相比,花铃期干旱和渍水处理对棉籽碳水化合物含量的影响较小.干旱和渍水7 d处理中部果枝棉铃生物量快速增长起始期提前但历时短,下部和上部棉铃生物量累积最大增长速率降低;渍水14 d处理不同果枝部位棉铃生物量累积最大增长速率均降低.相关分析表明,棉铃生物量及其最大增长速率与铃壳可溶性糖和蔗糖含量关系密切.因此,花铃期干旱和渍水影响棉铃蔗糖外运,改变棉铃生物量累积特性,是棉铃生物量降低的原因.
     

转CpTI-Bt基因棉和转Bt基因棉对棉铃虫幼虫存活、生长及营养利用的影响

2000年7月中旬和8月中旬, 分别测定了采自田间的转CpTI-Bt基因双价抗虫棉（SGK321, 以下简称CpTI-Bt棉）和转Bt基因抗虫棉（中30,以下简称Bt棉）对棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫存活、生长的影响。结果表明：7月中旬两种转基因抗虫棉抗虫效果均较好,尤其是CpTI-Bt棉棉叶和花瓣对4龄幼虫3天内致死率为92%以上;8月中旬两种转基因棉的抗虫活性均明显降低,且Bt棉的杀虫活性显著低于CpTI-Bt棉,其幼虫死亡率与对照受体棉中16的死亡率之间无显著差异,仅显著抑制了幼虫的生长;石远321(SGK321受体品系)的花瓣具有一定的抗虫活性,可显著降低取食幼虫的体重,甚至造成部分幼虫死亡; CpTI-Bt棉中,花瓣和棉叶的抗虫性明显高于蕾和铃心。对5龄幼虫取食棉铃1日后的营养指标测定结果显示： 两种转基因抗虫棉处理的幼虫相对生长率和相对取食量均显著低于石远321,但两者之间无显著差异; CpTI-Bt棉处理的幼虫近似消化率显著低于石远321和Bt棉,但其食物利用率显著高于石远321和Bt棉。     

Bt抗虫棉秸秆还田对土壤养分特征的影响

【目的】研究转基因作物秸秆或残茬还田可能对土壤养分特性造成的影响。【方法】以不同抗虫水平Bt棉花和常规棉花(泗棉3号)为研究材料,分别在经过一、二个生长周期后将秸秆机械粉碎后原位还田,40 d后测定分析土壤中Bt蛋白含量及肥力相关的养分含量变化。【结果】Bt棉秸秆还田后,所有品种棉花土壤中Bt蛋白含量与还田前无显著增加,且转Bt基因棉与非转基因棉还田对土壤Bt蛋白含量的影响并无显著差异。同时,棉秸秆还田可显著提高土壤有机质、速效磷、碱解氮、速效钾、全氮、全磷和全钾含量,提升土壤pH值;增加幅度在不同抗虫水平Bt棉花间及与非转基因常规棉花品种间皆无显著性差异。【结论】秸秆还田对土壤肥力的提升与Bt棉的抗虫水平无关。“转Bt基因”不成为Bt棉秸秆还田提高土壤肥力的限制性因素,其秸秆还田不会对土壤肥力质量产生负面影响,可使土壤养分含量增加,有效提升土壤肥力。秸秆原位还田简单、无害又提升肥力,有条件作为转Bt基因植物秸秆无害化处理的理想方式。     

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．     

取食转Bt基因抗虫玉米后亚洲玉米螟幼虫中肠的组织病理变化

利用透射显微镜（TEM）观察亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis (Guenée)幼虫取食了表达Cry1Ab杀虫蛋白的转Bt基因玉米心叶组织后中肠的组织病理变化, 以探讨转Bt基因玉米对亚洲玉米螟的致病机理, 为其合理、安全和持续利用提供理论依据。结果表明：亚洲玉米螟取食Bt玉米后中肠细胞及其细胞器发生了明显的病变。取食Bt玉米12 h后中肠细胞开始病变, 首先微绒毛脱落、内质网开始肿胀, 24 h后内质网肿胀、增多, 杯状细胞杯腔增大, 48 h后微绒毛大量脱落, 细胞开始空泡化, 随着取食时间的增加, 细胞空泡化程度加剧, 在感染前期细胞间的病变程度差异较大。微绒毛脱落、内质网肿胀断裂是在多数取食Bt玉米的亚洲玉米螟中肠细胞发生的普遍病变。由此表明, 人工修饰的Cry1Ab基因导入到玉米染色体组中所表达的杀虫蛋白可使玉米螟幼虫中肠细胞发生病变, 最终导致其死亡。     

转Bt 基因抗虫棉(Gossyposium)伤流中Bt 毒蛋白的运输

本文以常规棉品种‘石远321’和抗虫棉品种‘SGK321’与‘99B’为材料, 通过考马斯亮蓝和ELISA方法分析了伤流中可溶性蛋白和Bt(苏云金芽孢杆菌)毒蛋白含量。结果发现, 转基因抗虫棉伤流中可溶性蛋白含量显著高于常规棉, 并在抗虫棉伤流中检测到了Bt毒蛋白, 而常规棉伤流中没有Bt毒蛋白的存在。通过嫁接实验研究发现, 将常规棉嫁接到转Bt基因抗虫棉砧木上, 叶片中也有Bt毒蛋白的积累。这些结果说明, Bt毒蛋白可以通过木质部伤流液向地上部运输, 并在叶片中积累, Bt毒蛋白由根系向地上部的运输对棉花的抗虫性是有益的。     

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。     

Function of a chloroplast SRP in thylakoid protein export.

Protein export systems derived from prokaryotes are used to transport proteins into or across the endoplasmic reticulum, the mitochondrial inner membrane, and the chloroplast thylakoid membrane. Signal recognition particle (SRP) and its receptor are essential components used exclusively for cotranslational export of endomembrane and secretory proteins to the endoplasmic reticulum in eukaryotes and export of polytopic membrane proteins to the cytoplasmic membrane in prokaryotes. An organellar SRP in chloroplasts (cpSRP) participates in cotranslational targeting of chloroplast synthesized integral thylakoid proteins. Remarkably, cpSRP is also used to posttranslationally localize a subset of nuclear encoded thylakoid proteins. Recent work has begun to reveal the basis for cpSRP's unique ability to function in co- and posttranslational protein localization, yet much is left to question. This review will attempt to highlight these advances and will also focus on the role of other soluble and membrane components that are part of this novel organellar SRP targeting pathway.     

Syntaxin 18, a SNAP receptor that functions in the endoplasmic reticulum, intermediate compartment, and cis-Golgi vesicle trafficking

Members of the syntaxin family are target-soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor-attachment protein receptors involved in vesicle docking and/or fusion within the exocytic and endocytotic pathways. By using the yeast two-hybrid system, we have identified a novel member of the syntaxin family, syntaxin 18, that binds to alpha-soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor-attachment protein. Subcellular fractionation and immunocytochemical analysis revealed that syntaxin 18 is principally located in the endoplasmic reticulum. We examined the effect of overexpression of FLAG-tagged syntaxin 18 and a mutant lacking the N-terminal 81 amino acid residues on protein transport and organelles in the early secretory pathway. Both expressed proteins localized to the endoplasmic reticulum, and the expressed FLAG-syntaxin 18 caused remarkable aggregation of endoplasmic reticulum membranes. Although expression of the FLAG-syntaxin 18 lacking the N-terminal region produced less effect on the morphology of the endoplasmic reticulum, dispersion of the endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment and cis-Golgi was elicited. Moreover, overexpression of the FLAG-syntaxin 18 mutant inhibited protein export from the endoplasmic reticulum. These results taken together suggest that syntaxin 18 functions in transport between the endoplasmic reticulum and Golgi.     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征。合成了Cry1Ac活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K。构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B（API-B）基因表达框的双抗虫基因植物表达载体。通过根癌土壤杆菌（Agrobacterium trmefaciens(Smith et TOwnsend)ConnLBA4404)介导转化了棉花（Gossypium hirsu-tunL.)的两个生产品种（系）。根据抗棉铃虫（Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果。经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%_99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系。分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个,活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%。对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的。     

Seasonal expression profiles of insecticidal protein and control efficacy against Helicoverpa armigera for Bt cotton in the Yangtze River valley of China

Seasonal levels of Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal protein and its control efficacy against Helicoverpa armigera (Hübner) in Bt transgenic cotton GK19 (carrying a Cry1Ac/Cry1Ab fused gene) and BG1560 (carrying a Cry1Ac gene) were investigated in Tianmen County, Hubei Province, located in the Yangtze River valley of China, in 2001 and 2002. The results showed that the toxin content in Bt cotton changed significantly over time, and that the structure, growth stage, and variety were significant sources of variability. Generally, insecticidal protein levels were high during the early stages of cotton growth; they declined in mid-season, and rebounded in late season. On most dates sampled, the toxin contents in leaf, square, petal, and stamens (including nonovule pistil tissue) were much higher than those in ovule and boll. Compared with BG1560, the expression of Cry1Ac/Cry1Ab protein in GK19 was more variable during the whole growth period of cotton. The field evaluation on larval population dynamics of H. armigera in Bt and conventional cotton showed that the larval densities in BG1560 and GK19 fields decreased, respectively, 92.04 and 81.85% in 2001, and 96.84 and 91.80% in 2002.     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征,合成了CrylAc活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K.构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B(API-B)基因表达框的双抗虫基因植物表达载体.通过根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens(Smith et Townsend)Conn LBA4404)介导转化了棉花(Gossypium hirsu-tun L.)的两个生产品种(系).根据抗棉铃虫(Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果,经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%～99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系.分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个.活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%.对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的.     

A cure for traffic jams: small molecule chaperones in the endoplasmic reticulum

Folding in the endoplasmic reticulum is the limiting step for the biogenesis of most secretory pathway cargo proteins; proteins which fail to fold are initially retained in the endoplasmic reticulum and subsequently often degraded. Mutations that affect secretory protein folding have profound phenotypes irrespective of their direct impact on protein function, because they prevent secretory proteins from reaching their final destination. When unicellular organisms are stressed by fluctuation of temperature or ionic strength, they synthesize high concentrations of small molecules such as trehalose or glycerol to prevent protein denaturation. These osmolytes can also stabilize mutant secretory proteins and allow them to pass secretory protein quality control in the endoplasmic reticulum. Specific ligands and cofactors such as ions, sugars, or peptides have similar effects on specific defective proteins and are beginning to be used as therapeutic agents for protein trafficking diseases.