苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白VIP3研究进展

的报道.本文从VIP3的类型和杀虫活性、作用机理、vip3基因的定位和分离、vip3基因重组和转vip3基因植物等方面详细介绍了VIP3近十年来的研究进展.     

一种新的对鳞翅目昆虫具有广谱活性的苏云金杆菌杀虫蛋白──Vip3A

1996年Estruch等报道了一种由苏云金杆菌BacillusthuringiensisBerliner（下略为Bt）AB88株和AB424株产生的新杀虫蛋白,分别称为Vip3A（a）和Vip3A（b）[详见Proc．Natl。AcadSci.USA93（11）：5389～5394]。Vip3A杀虫蛋白有以下几个特点：（1）它是在Bt的营养体生长阶段产生并分泌到培养液中的。（2）它是不耐热的,95℃处理20分钟便失活。（3）它由791个氨基酸组成,分子量为88．5kD。Vip3A（b）是Vip3A（a）的同系物,两者98％的氨基酸相同,只有5个氨基酸不同。（4）Vip3A杀虫蛋白基因可以在大肠杆菌＆cherichiacoliCastel…     

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。     

苏云金杆菌辅助蛋白P20对营养期杀虫蛋白Vip3A表达的影响

为检测苏云金杆菌辅助蛋白P20对Vip3A表达和杀虫活性的影响,将p20基因与vip3A基因相连构建了重组质粒pHVP20,然后电激转化至Bt中进行了共表达,以仅携带vip3A基因的质粒pHPT3作为对照质粒。Westernblot结果显示,当vip3A基因和p20基因在Bt无晶体缺陷株CryB中共表达时,Vip3A蛋白的最大表达量约是其在CryB(pHPT3)菌株中单独表达的1.5倍。生物测定结果表明,CryB(pHVP20)和CryB(pHPT3)菌株对初孵斜纹夜蛾幼虫的LC50值分别为48.79μg/mL和78.00μg/mL,这说明P20蛋白可以促进vip3A基因在Bt中的表达,但对提高Vip3A蛋白的杀虫毒力没有显著性帮助。     

苏云金杆菌营养期杀虫蛋白的研究

营养期杀虫蛋白 (vegetativeinsecticidalproteins ,VIPs)是苏云金杆菌 (Bacillusthuringiensis,Bt)在对数生长中期分泌的一类新型杀虫毒蛋白。VIPs主要分为VIP1、VIP2和VIP3三种。VIP1和VIP2构成二元毒素 ,对鞘翅目叶甲科的昆虫具有杀虫特异性 ;而VIP3对鳞翅目昆虫具有较广谱的杀虫活性。VIP1和VIP2的杀虫作用机理还不清楚 ;VIP3通过诱发细胞凋亡 ,最终导致昆虫死亡 ,这种作用机理与Bt杀虫晶体蛋白的作用机理完全不同 ,这为筛选新的杀虫活性物质提供了新的思路。vip基因现已被应用于转基因杀虫植物的构建 ,得到高效抗虫的多价转基因玉米。此外 ,VIPs嵌合蛋白的构建、vip及其融合基因导入其它许多宿主微生物等方面的研究也具有诱人的潜在应用前景。     

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vip83表达质粒pBMB2 32 8和含杀虫晶体蛋白基因(cry1Ac1 0或cry1Ca)质粒同时电转化无质粒突变株BMB1 71并双抗筛选。经PCR特异引物扩增验证 ,分别得到含cry1Ac1 0和vip83、cry1Ca和vip83的双基因重组菌BMB2 830 1 71和BMB2 882 1 71。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Cry1Ac1 0和Cry1Ca两组蛋白对 3种重要鳞翅目害     

苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因cry3A在鳞翅目特异菌株中的？…

将对鞘翅目昆虫有特异毒性的苏云芽孢杆菌ｃｒｙ３Ａ基因电转化到只对鳞翅目昆虫有毒性的苏云金芽孢杆菌野隆型菌株ＹＢＴ８０３－１中,获得转了ＢＭＢＹ－００１。ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析及镜检结果表明,ｃｒｙ３Ａ基因可在该菌株中高效表达,但出发菌株中原有的ｃｙｒ１Ａｂ、ｃｒｙ１Ａｃ及ｃｒｙ２的表达则受到不同程度的影响。生物测定结果显示,转子ＢＭＢＹ－００１对柳蓝叶甲（鞘翅目）具有较高毒力,ＬＣ５０为０．４１３μ     

苏云金芽胞杆菌营养期杀虫蛋白基因特性分析

营养期杀虫蛋白是在苏云金芽胞杆菌营养期中发现的一种非晶体状胞外杀虫蛋白 .通过Southern杂交的基因定位实验 ,证实了营养期杀虫蛋白基因并非位于染色体和环型质粒上 ;在 2 0个不同血清型的 2 3种菌株中 ,营养期杀虫蛋白基因的存在率为 5 6 5 % (13 2 3) .同时对随机选择的 3个不同亚种菌株进行基因克隆和序列分析 ,表明其基因具有相当高的同源性 .运用生物信息技术 ,对营养期杀虫蛋白多肽进行了功能结构域比对分析 ,发现这 789多肽蛋白的N端 31至 15 0残基之间存在一种趋化信号传导因子相似序列 ,C端 5 36至 6 6 6残基之间则存在着纤维素结合结构域相似肽 .上述结果提示 ,营养期杀虫蛋白基因在苏云金芽胞杆菌天然菌株中高度保守并较为广泛分布 ,其编码蛋白的特殊结构提示了营养期杀虫蛋白潜在的功能特性 ,为进一步研究营养期杀虫蛋白奠定了基础 .     

苏云金芽胞杆菌营养期杀虫蛋白基因vip3A在枯草芽胞杆菌中的表达

枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis常被用于表达杀虫和抗菌蛋白.为了探讨苏云金芽胞杆菌B. thuringiensis营养期杀虫蛋白基因（vip3A）在枯草芽胞杆菌中的表达情况,促进杀虫防病工程菌构建,将枯草芽胞杆菌168菌株核糖体小亚基S4蛋白基因的启动子与苏云金芽胞杆菌WB7菌株vip3A基因的编码序列连接,插入大肠杆菌Escherichia coli与枯草芽胞杆菌穿梭载体pAD123,得到重组原核表达质粒pADpvip,将重组质粒转化枯草芽胞杆菌标准菌株168和分离自辣椒体内的生防内生枯草芽胞杆菌BS-2菌株中,获得工程菌株.SDS-PAGE分析表明在枯草芽胞杆菌168菌株的部分工程菌株中有约88 kDa大小的VIP条带,而BS-2的工程菌株中未见相应的条带,表明Vip3A蛋白仅在168菌株中表达.生物测定表明有5株168的工程菌株（168vip1-4,6）表现较高的杀虫活性,工程菌株发酵稀释液（约10⁷CFU/mL）处理的小白菜叶片饲喂斜纹夜蛾2龄幼虫72 h的杀虫效果可达87.64%~92.13%,但vip3A基因转入内生枯草芽胞杆菌BS-2中不表现杀虫作用.毒力测定表明168vip2菌株对斜纹夜蛾2龄幼虫72 h的LC₅₀为0.0194 mL/mL.这些结果为进一步研究基因在枯草芽胞杆菌中的表达构建杀虫防病工程菌打下了基础.     

苏云金芽孢杆菌vip3A基因的鉴定、克隆及活性分析

【目的】鉴定我国自行分离的苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）菌株中vip3A基因的分布和基因型,从其中对鳞翅目幼虫表现高毒力的Bt菌株中克隆vip3Aa基因。【方法】利用PCR-RFLP方法确定vip3A基因的分布和鉴定基因型,利用PCR方法克隆vip3A全长基因。【结果】171株野生型Bt菌株中共鉴定出63株含有vip3A基因,均与vip3Aa1类基因相似。从TF9和Bt16菌株中克隆得到2个vip3Aa基因,分别构建了携带vip3Aa基因的表达载体p30vip-26和p30vip-27,SDS-PAGE和Western Blot分析表明,IPTG诱导后均可表达88 kDa左右的Vip3A蛋白,蛋白可溶性分析表明约10%可溶。这两种基因序列已被国际Bt基因命名委员会分别正式命名为vip3Aa26和vip3Aa27。生物测定结果显示,Vip3Aa27蛋白对粉纹夜蛾（Trichoplusia ni）、甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）和棉铃虫（Helicoverpa armigera）3种重要鳞翅目害虫初孵幼虫的毒力较高,LC50值分别为0.125 μg/mL,0.238 μg/mL和9.238 μg/mL。而Vip3Aa26蛋白仅对粉纹夜蛾有活性,LC50值为4.423 μg/mL。【结论】本研究中的Vip3Aa27蛋白对粉纹夜蛾、甜菜夜蛾和棉铃虫幼虫均能表现高杀虫活性,而Vip3Aa26蛋白仅对粉纹夜蛾幼虫有活性,实验结果表明Vip3A蛋白个别氨基酸的变化对其杀虫活性影响很大。     

Bacillus thuringiensis Vip3 mutant proteins: Insecticidal activity and trypsin sensitivity

Vip3 is a novel insect toxin isolated from Bacillus thuringiensis (Bt), and could be used as an alternative toxin for Bt δ-endotoxins for transgenic insect control. Vip3 mutants with deletion, addition or mutations at the very end of the C-terminus were generated. The deletion and addition of a few amino acid residues at the C-terminus totally abolished the insecticidal activity. The mutation of the last two residues from IK to LG also resulted in the total loss of its insecticidal activity; however, the mutation from IK to LR increased its activity substantially against beet armyworm. Interestingly, all the inactive mutants were found to be highly sensitive to trypsin digestion, while the active mutant generated a trypsin-resistant polypeptide of 62-kDa upon trypsin digestion. However, this 62-kDa polypeptide expressed in E. coli from the 5' end truncated vip3 gene was biologically inactive and sensitive to trypsin digestion. Thus, the N-terminal part of the protein is required to form the 62-kDa trypsin resistant core. This study suggested that the 62-kDa peptide core could be a hallmark of active insecticidal Vip3 proteins.     

苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白作用的分子机制研究进展

本文主要综述了苏云金芽胞杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)杀虫晶体蛋白在分子水平上作用机制的研究进展。杀虫晶体蛋白经蛋白酶活化后形成的毒性肽一般由三个结构域组成。在杀虫过程中,毒性肽首先通过结构域Ⅱ或结构域Ⅲ的特殊部位与昆虫中肠上皮细胞膜上的受体蛋白发生专一性结合。这一结合开始是可逆的,随后发生紧密的不可逆结合。继而诱发毒性肽分子发生空间构象变化,使得结构域Ⅰ中的某些α螺旋从α螺旋束中弹出并插入细胞膜,并通过寡聚合作用造成膜穿孔,导致细胞渗透平衡破坏、中肠破裂、昆虫死亡 。     

Effect of C-terminus site-directed mutations on the toxicity and sensitivity of Bacillus thuringiensis Vip3Aa11 protein against three lepidopteran pests

The insecticidal activities and specificities of the Vip3Aa proteins derived from different Bt strains are very different, although the similarities between these proteins are higher than 95%. In this study, we hypothesised that the differences in Vip3Aa11 and Vip3Aa39 C-terminal amino acids determine their differences in insecticidal activity against three Lepidoptera insects. To find the amino acid residues associated with insecticidal activity, nine different amino acid residues of Vip3Aa11 were substituted with the corresponding amino acid residues from Vip3Aa39 by site-directed mutagenesis. The toxicity of each protein was estimated by bioassays, and the results demonstrated that the mutant Y784N lost its insecticidal activity against three insects (Agrotis ipsilon, Helicoverpa armigera, and Spodoptera exigua). The insecticidal activity of S543N, I544L, and S686R against S. exigua increased 5-fold, 2.65-fold, and 8.98-fold, while the toxicity to H. armigera and A. ipsilon slightly decreased compared with that of the Vip3Aa11 protein. These findings indicate that the amino acid residues Ser⁵⁴³, Ile⁵⁴⁴, Thr⁶⁸⁵, Ser⁶⁸⁶, Arg⁷⁰⁴, Ile⁷⁸⁰, and Tyr⁷⁸⁴ may be insecticidal activity-related residues. Additionally, the trypsin activation of the four mutants indicated that all proteins can form a 62-kDa core fragment, except Y784N. A possible association between the insecticidal activity and trypsin sensitivity of Vip3A proteins is suggested.     

苏云金杆菌Vip蛋白经历正向达尔文选择的证据

营养期杀虫蛋白(Vip)是苏云金杆菌在营养期所产生的一类新型杀虫蛋白,代表了第二代转基因杀虫蛋白,它能在一定程度上克服许多害虫对δ-内毒素低敏感或者不敏感的缺陷。但是,目前和已经深入研究的δ-内毒素相比较,有关Vip蛋白结构和功能关系方面的报道还甚少。本文采用最大似然方法和基于最大简约的滑窗分析对Vip蛋白的分子进化机制进行了评价。结果发现Vip蛋白在进化过程当中经历了正选择,并采用贝叶斯方法确定了16个正选择氨基酸残基。有意思的是所有这些正选择残基都位于Vip蛋白C端从705到809的区域。当把这些正选择残基定位到二级结构和三级结构时,发现绝大部分正选择残基都暴露在Vip蛋白空间结构的表面并且聚集在环的区域。推测Vip蛋白分子进化的机制应该是受到了正选择压力而不是功能约束的松弛。导致Vip蛋白C端多样性的潜在正选择压力可能是Vip蛋白为了在和目标昆虫之间竞争取得优势,或者是为了扩大Vip蛋白的杀虫范围。文中确定的经历了正选择残基很有可能是和昆虫宿主范围有关,因此可以为今后研究Vip蛋白的结构和功能提供相应的靶点。     

苏云金杆菌4.071 8菌株杀虫晶体性质的研究

研究了苏云金杆菌4．071 8菌株晶体的分离及其在电镜下的形态结构,并通过SDS－PAGE对其杀虫晶体蛋白进行了分析,证明了4．071 8菌株晶体有立方体型和双金字塔型两种,分别由原毒素CryⅠ及CryⅡ组成,该菌对鳞翅目和双翅目昆虫均有毒杀作用。     

利用突变技术研究苏云金杆菌杀虫晶体蛋白的进展

本文综述了近年来利用突变技术研究苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)杀虫晶体蛋白(Insecticidalcrystalproteins,ICP)杀虫作用机制所取得的进展。其中结构域Ⅰ参与不可逆结合及影响离子通道的形成;结构域Ⅱ参与与受体的结合,包括可逆结合和不可逆结合;结构域Ⅲ保持三维结构稳定,同时可能参与结合受体的过程,插膜以及离子通道调节。利用突变技术改变Bt杀虫晶体蛋白一级结构是Bt改良的一条诱人途径 。