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。     

害虫Bt抗性机制研究新方向：昆虫体液免疫系统

作为最成功的生物农药,苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis (Bt)杀虫剂已在农业生产中应用了约80年。Bt由于其特异性强、安全高效的特点而得到广泛、成功的应用,极大减少了化学农药的用量,为环境保护作出了巨大贡献。然而,由于长期使用,一些靶标害虫逐渐对Bt产生抗性。本文对昆虫体液免疫及昆虫Bt抗性机制的研究成果进行了总结,已有研究认为害虫对Bt产生抗性的主要原因是毒素激活受阻及(或)毒素受体突变或减少。然而近年越来越多的研究表明,昆虫的Bt抗性还与其免疫系统,特别是与Toll, IMD和proPO-AS等体液免疫通路有关。由此,本文对昆虫体液免疫系统参与昆虫Bt抗性形成的主要通路进行了归纳和推论。IMD免疫通路可能通过MAPK信号通路参与调节昆虫Bt抗性,或可能通过多种免疫反应对抗因中肠组织被Bt破坏而引起的败血症,并通过JNK信号通路促使中肠组织愈合,进而提高其对Bt的抗性。从体液免疫系统切入研究,可能成为深入探索昆虫Bt抗性机制的新方向。     

Bt杀虫晶体蛋白受体分子的结构与功能

苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫蛋白与昆虫中肠细胞膜上受体的结合是Bt毒素作用的关键环节和决定Bt杀虫蛋白选择性的关键因素。受体与Bt杀虫蛋白结合能力的改变可能是昆虫对Bt产生抗性的主要原因,也因此成为近年来国际上的研究热点和焦点,并取得了突破性的进展。该文就昆虫体内Bt毒素的４种受体：氨肽酶N、类钙粘蛋白、碱性磷酸酶以及最近报道的糖脂类受体的结构、功能、受体与毒素的结合特性、受体基因在离体细胞中的表达特性以及受体基因的突变与害虫对Bt毒素的抗性等方面进行了综述。     

昆虫对Ｂt毒素的抗性机理研究进展

文中综述了昆虫对苏云杆菌（Ｂt)毒素产生抗性的生化遗传机理及抗性的遗传及交叉抗性情况。昆虫对Ｂt毒素的抗性可能在６个环节发生,其中与毒素特异结合的受体上结合位点的改变及毒素水解过程中的变化是抗性产的两个主要环节。从现有的研究结果来看,实验室及田间抗性昆虫品系对Ｂt毒素产生的抗性主要与昆虫中肠上皮细胞膜上Ｂt毒素特异结合受体的变化有关,深入研究是昆虫对Ｂt毒素的抗性机理,将有助于建立抗性的早期监测技术、抗性治理措施,实施无公害Ｂt农药及转Ｂt基因作物的持续利用。     

害虫对苏云金杆菌的抗性研究进展

本文主要针对害虫对苏云金芽孢杆菌（Bt）的抗性机理和防治对策方面进行综述.深入研究昆虫对Bt毒素的抗性机理,将有助于建立虫害综合防治体系,实现无公害Bt农药的广泛及持续利用.     

昆虫对Bt抗性的适合度代价及其与抗性治理策略的关系

由于昆虫对Bt毒素抗性的发展,不利于Bt制剂和Bl转基因作物的长期有效使用.但是昆虫对Bt抗性的产生常伴有适合度代价,这种代价能够延缓或阻碍抗性等位基因的发展.许多研究已经证明,有分属鳞翅目、鞘翅目以及双翅目的昆虫Bt抗性品系存在适合度代价.适合度代价往往会受生态因素的影响.而且,昆虫适合度代价的产生与其抗性机制密切相关.庇护所策略延缓抗性发展的能力不仅与敏感种群与抗性种群能否自由交配有关,还与适合度代价的大小及抗性基因的显隐性等因素有关.适合度代价的研究对探讨抗性发展规律以及完善抗性治理策略是非常重要的.本文从适合度代价与抗性发展、抗性机制和抗性治理的关系等方面的进行综述,为发展Bt抗性治理策略提供参考依据.     

昆虫对转Bt杀虫蛋白基因植物的抗性及其对策

1 引言 苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis 简称Bt)是目前世界上产量最大、应用最为成功的微生物杀虫剂,除了已筛选出多种Bt菌株直接发酵培养外,还培育出转基因工程菌及转基因植物,使Bt的使用范围大为扩大. Bt在形成芽孢时产生的伴孢晶体是Bt杀虫活性的主要来源,它可能由几种晶体蛋白即δ-内毒素组成,包括Cry和Cyt两大类.一般认为,δ-内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体结合、插入和孔洞或离子通道形成等五个环节[1],涉及到多种毒素和作用位点,单一因素的改变对其敏感性影响不大,自50年代到80年代初Bt应用的30多年里,均未有昆虫对之产生抗性的报道,以至于一些研究者曾过分乐观地认为昆虫对Bt 不会产生抗性.进入80年代后,情况发生了急剧变化,相继发现五带淡色库蚊(Culex qu inquefasciatusg)、印度谷螟(Plodia interpunctella)等多种昆虫对Bt产生了抗体[2],同时在田间也发现世界性蔬菜害虫小菜蛾(Plutella xylostella) 对Bt产生了抗生[3-4],世界各国相继开展了昆虫对Bt产生抗性的条件和机制的研究,以期在昆虫还未普遍对Bt产生抗性之前,制定出相应的防治策略,这对于Bt制剂,尤其是转Bt工程菌和转Bt植物的推广使用,具有十分重要的意义.     

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。     

昆虫对转Bt基因作物的抗性及对策

本文主要总结了近年来害虫对表达苏云金芽胞杆菌( Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫毒素的转基因作物在实验室和自然田野环境下产生抗性的现状,及研究表明害虫产生抗性可能的机理,简单地讨论了昆虫抗性遗传机制对转基因作物持续性应用可能造成的影响和目前延缓昆虫产生抗性的策略.最后探讨了未来新的转基因技术的发展前景和延缓昆虫抗性策略的发展方向.     

美国发现首例抗Bt棉的害虫

2003—2006年间,在美国密西西比河州和阿肯色州的大片田地里发现了抗苏云金芽孢杆菌（Baclllus thuringiensis,简称Bt）的棉铃虫Helicoverpa zea。这是首例发现的对Bt作物具有抗性的昆虫。所谓Bt作物就是能产生Bt毒素杀死某些有害昆虫的作物,这些Bt毒素在自然界中由苏云金芽孢杆菌产生,因此缩写为Bt。     

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...     

Bt杀虫剂研究进展

概述了害虫对转苏云金杆菌（Bacillusthuringiensis,简称Bt）抗虫基因植物的行为学反应、Bt毒素基因的鉴定和定位、Bt辅助蛋白、昆虫对Bt毒素的抗性机理、天敌与转Bt基因抗虫植物的协同控害作用、Bt安全性方面的研究现状,提出了今后的研究方向。     

克服害虫对Bt毒素的抗性

研究人员报告说,新制造的Bt毒素也许能延缓害虫对其产生抗性。Bt毒素由苏芸金杆菌（Baclllus thuringiensis）天然产生,被广泛用于控制害虫。带有Bt毒素的植物通常能保护自己不受害虫（比如蚊子和蝶、蛾幼虫）的困扰,而且这些植物对其他生物体无害。但是一个主要的担心是,吃作物的昆虫最终会产生对这些毒素的抗性。     

棉铃虫和甜菜夜蛾中肠丝氨酸蛋白酶活性测定以及活化、降解CrylAc毒素分析

昆虫中肠对Bt原毒素活化与对活化毒素降解的变化被认为是害虫对Bt产生的机制之一,研究比较棉铃虫Helicoverpa armigern（Hǔbner）与甜菜夜蛾Spodoptera exigm（Hǔbner）的中肠液、BBMV蛋白酶的活性,通过SDS-PAGE分析2种昆虫对原毒素的活化速度与对活化毒素的降解速度。2种昆虫的中肠液蛋白酶活性均显著高于BBMV蛋白酶活性,中肠液与BBMV均能迅速活化原毒素并继续降解活化后的毒素,与中肠液相比,BBMV对原毒素的活化与对活化毒素的降解均慢于中肠液,甜菜夜蛾对毒素的活化与降解又慢于棉铃虫。另外,还测定抑制剂对中肠液蛋白酶活性的抑制作用,结果表明,各抑制剂对棉铃虫和甜菜夜蛾相应酶活性的抑制表现出相同的趋势,TLCK对丝氨酶蛋白酶具较好的抑制作用,而PMSF对胰蛋白酶的抑制作用次之,TPCK对胰凝乳蛋白酶的抑制作用较弱。     

棉铃虫和甜菜夜蛾中肠丝氨酸蛋白酶活性测定以及活化、降解Cry1Ac毒素分析

昆虫中肠对Bt原毒素活化与对活化毒素降解的变化被认为是害虫对Bt产生的机制之一,研究比较棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)与甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)的中肠液、BBMV蛋白酶的活性,通过SDS-PAGE分析2种昆虫对原毒素的活化速度与对活化毒素的降解速度。2种昆虫的中肠液蛋白酶活性均显著高于BBMV蛋白酶活性,中肠液与BBMV均能迅速活化原毒素并继续降解活化后的毒素,与中肠液相比,BBMV对原毒素的活化与对活化毒素的降解均慢于中肠液,甜菜夜蛾对毒素的活化与降解又慢于棉铃虫。另外,还测定抑制剂对中肠液蛋白酶活性的抑制作用,结果表明,各抑制剂对棉铃虫和甜菜夜蛾相应酶活性的抑制表现出相同的趋势,TLCK对丝氨酶蛋白酶具较好的抑制作用,而PMSF对胰蛋白酶的抑制作用次之,TPCK对胰凝乳蛋白酶的抑制作用较弱。     

Bt毒素的说服性受疑

小小烟芽夜蛾,动摇了苏芸金杆菌(Bt)毒素王国的根基。该领域的某些中心教义已受到怀疑。此外,它还让人们开始怀疑利用Bt 毒素开发抗虫重组DNA 植物是否明智之举。以Bt 为基础的生物杀虫剂,其炫目之处在于:害虫能产生对化学农药的抗性,却不能对天然(即生物)杀虫剂产生抗性。可是,时隔不久,这一点已被推翻。不论是实验昆虫,还是野生昆虫,吃了含有Bt毒素的食物之后均存活下来。然而,谁也没有惊慌失措,因为人们相信,对来自不同菌株的Bt 毒素产生交     

昆虫中肠Bt杀虫晶体蛋白毒素受体氨肽酶N的研究进展

鳞翅目昆虫中肠上皮细胞刷状缘膜(BBM)上的Bt杀虫晶体蛋白毒素受体氨肽酶N(APN)的结构和位点密度的改变是昆虫对Bt毒素的主要抗性机制之一,该文简要综述了APN受体的研究进展。每种昆虫中肠上皮细胞中有数种APNs,彼此间同源性较高,其中部分APNs为crylA家族毒素的功能性受体。不同种类昆虫的APNs受体,甚至同一种昆虫的不同类型APNs,其所结合的毒素种类可能不同。APNs决定该昆虫对crylA类毒素的敏感程度差异。有些抗性昆虫的APNs基因编码区发生了多个点突变。     

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.     

昆虫Bt毒素受体蛋白的研究进展

Bt是一种被广泛应用的生物杀虫剂,昆虫Bt受体蛋白在Bt发挥毒性过程中起到非常重要的作用,而且受体蛋白与Bt结合能力的改变可能是昆虫对Bt产生抗性的主要原因,近年来已成为国际研究的热点。该文从昆虫Bt受体蛋白的分离鉴定,结合动力学,与Bt杀虫毒性、抗性的关系及其分子本质等方面综述受体蛋白的研究进展。     

棉铃虫中肠钙粘蛋白基因的克隆、表达及Cry1A结合区定位

钙粘蛋白是动物糖蛋白的一个家族, 在细胞与细胞间粘附过程中起着重要作用. 最近的研究表明, 昆虫中肠膜上的钙粘蛋白是Bt毒素Cry1A的受体, 它的变异与昆虫对Bt产生抗性有关. 通过简并引物PCR扩增结合RACE技术克隆了编码棉铃虫中肠钙粘蛋白的完整cDNA序列, 该cDNA全长5581 bp(已经在GenBank中登记, 序列号为AF519180), 编码1730个氨基酸, 预测分子量和等电点分别为195.39 kD和4.23. 推导的氨基酸序列包括一个信号肽、一个前蛋白区、11个钙粘蛋白重复、一个靠近细胞膜的区域、一个跨膜区和细胞质内部分. 序列比较结果表明, 推导的氨基酸序列与烟蚜夜蛾钙粘蛋白氨基酸序列同源性最高, 达到84.2%; 与家蚕、烟草天蛾和棉红铃虫的钙粘蛋白氨基酸序列同源性分别为60.3%, 57.5%和51.0%. 用PCR方法获得了不同大小的钙粘蛋白基因片段, 缺失体表达和配体结合试验表明, 重组钙粘蛋白能与Cry1Ac发生结合, 结合区位于第1217～1461位的244个氨基酸组成的肽链上. 半定量RT-PCR结果表明, 钙粘蛋白主要在棉铃虫中肠表达, 在前肠和后肠表达量很低, 在肠道以外的组织中不表达. 棉铃虫对Cry1Ac产生抗性后, 钙粘蛋白的表达量明显降低. 证实了棉铃虫中肠钙粘蛋白是Bt毒素Cry1Ac的受体, 并且将钙粘蛋白与Cry1Ac结合的区域定位到244个氨基酸组成的肽链上, 推测钙粘蛋白表达量降低是棉铃虫对Cry1Ac产生抗性的主要原因之一. 以上研究对于明确棉铃虫对Bt产生抗性的机制以及发展分子技术快速检测田间抗性基因的频率具有非常重要的意义.