转单、双Bt基因741杨外源基因表达和抗虫性比较

【目的】研究联合使用两种或两种以上的抗虫基因的抗虫效果, 同时鉴定并筛选出转双Bt基因741杨对鳞翅目和鞘翅目害虫有较强抗性的株系。【方法】选取转三基因（Cry3Aa+Cry1Ac+API）741杨8个株系、 转双基因（Cry1Ac+API）741杨1个株系和转单基因（Cry3Aa）741杨3个株系为试材, 从外源基因PCR检测、 毒蛋白表达和抗虫性三方面对转基因株系进行对比分析。【结果】经PCR扩增后各转基因株系出现了预期的电泳条带。ELISA蛋白检测显示转基因株系中都有与所含基因相应的Bt杀虫蛋白表达。用转基因株系新鲜叶片进行柳蓝叶甲Plagiodera versicolora和美国白蛾Hyphantria cunea室内饲虫实验表明： 转入不同抗虫基因的杨树对昆虫的抗性具有选择性, 对非靶标昆虫没有毒杀作用。转双Bt基因741杨具有双抗性, 不同转基因株系表现出高中低的抗性水平： 在对柳蓝叶甲的抗性上, 筛选出的其中5个高抗株系（pCCA1, pCCA2, pCCA5, pCCA6和pCCA9）的抗性水平明显比含Cry3Aa单Bt基因的3个高抗株系（pCC11, pCC53和pCC84）高; 在对美国白蛾的抗性上, 有7个株系（pCCA2~pCCA7和pCCA9）的抗性水平与含Cry1Ac单Bt基因株系（pB29）表现一致, 只有1个株系（pCCA1）对美国白蛾表现出了极低的抗性。【结论】多个抗虫基因在741杨上的联合使用, 不仅扩大了抗虫谱, 其中的高抗株系还具有了更高的抗虫能力, 有效地发挥了基因的叠加效应。     

美国白蛾丝素蛋白基因的鉴定、时空表达及取食不同寄主植物后的表达响应

美国白蛾Hyphantria cunea Drury被列为我国林业检疫性害虫,其l～4龄幼虫具有吐丝结网幕的习性.为探究丝素蛋白基因的表达特性,本研究利用PCR技术克隆了美国白蛾的HcP25(Genbank登录号:OL625670)、HcFib-H(Genbank登录号:OL625672)、HcFib-L(Genbank登录号:OL625671)3条丝素蛋白基因,并进行生物信息学分析;利用RT-qPCR技术检测美国白蛾3条丝素蛋白基因的表达特性.结果表明:3条丝素蛋白基因序列比对均与车前灯蛾Arctia plantaginis丝素蛋白一致性最高,系统进化分析显示丝素蛋白HcP25、HcFib-H、HcFib-L在鳞翅目不同科之间在出现较大的分化.RT-qPCR试验结果显示HcP25、HcFib-H、HcFib-L 3基因相对表达量与网幕产生高峰期(1龄、2龄)相一致.3种丝素蛋白均在丝腺中特异性高水平表达,在头部及脂肪体中有少量表达.美国白蛾幼虫取食不同寄主植物后,3种丝素蛋白基因呈现不同的表达规律;取食杨树Populus L.处理组中HcP25与HcFib-H基因相对表达量极显著高于取食其它寄主处理,而取食山樱花Cerasus serrulata var.lannesiana和日本晚樱Cerasus serrulata处理组中HcFib-L基因表达量最高.研究结果为进一步探究丝素蛋白介导的美国白蛾对不同寄主的适应机制及其扩散机制奠定基础,也为开发美国白蛾防治新方法提供了潜在的基因靶标.     

荧光发光杆菌TT01品系pirA2B2 基因的克隆表达与杀虫活性

【目的】Photorhabdus luminescens TT01基因组中的一对ORF plu4437-plu4436(简称pirA2B2)的预测氨基酸序列与另一对已证明编码产物有口服杀虫活性的ORF plu4093-plu4092(简称pirA1B1)有50%和45%的一致性,本文旨在研究pirA2B2基因座的表达产物是否也有杀虫活性。【方法】PCR扩增并克隆了pirA2,pirB2和pirA2B2基因,构建了重组表达载体pQE-pirA2,pQE-pirB2和pQE-pirA2B2并分别转入M15菌株表达,经SDS-PAGE和Western blot检测证明,3个重组菌株经IPTG诱导后,分别成功表达了可溶的PirA2,PirB2和PirA2B2蛋白。用亲和层析结合脱盐技术对3个重组菌株表达的外源蛋白分别进行纯化,并通过生物测定确定纯化蛋白的杀虫活性。【结果】生物测定结果显示联合表达的PirA2B2对大蜡螟和斜纹夜蛾五龄幼虫均有明显的血腔杀虫活性,LD50分别为每虫4.0和2.8μg,单独表达的PirA2或PirB2对上述2种害虫没有血腔杀虫活性,但两者的混合物具有与两者联合表达相似的杀虫活性;PirA2B2对大蜡螟和斜纹夜蛾初孵幼虫均无口服杀虫活性。【结论】pirA2B2是P.luminescens TT01菌株基因组中的另一个二元杀虫毒素基因。【意义】pirA2B2的成功克隆表达和杀虫功能的确定为进一步研究其与pirA1B1的关系以及该基因的表达调控等打下了基础。     

苏云金芽胞杆菌V4菌株cry杀虫基因的鉴定、表达及杀虫活性分析

旨在给生物防治提供更多的基因资源,以从本实验室分离的300株苏云金芽胞杆菌基因组为模板,利用cry1类全长通用引物进行PCR cry1类基因鉴定。经过PCR-RFLP鉴定出菌株V4含有cry1Ea基因,进一步研究发现该菌株还含有cry2Aa基因,并成功克隆到了这两个新基因,被Bt国际命名委员会正式命名为cry1Ea12和cry2Aa16。将两种基因在大肠杆菌Rosetta(DE3)中表达,表达蛋白进行杀虫活性测定,结果表明两种蛋白杀虫活性不理想,但对试虫存在明显的体重抑制,而V4菌株蛋白具有较高的杀虫活性。     

美国白蛾丝氨酸蛋白酶基因HcSP1的克隆、时空表达及对取食不同寄主植物的表达响应

【目的】为探究美国白蛾Hyphantria cunea在寄主转换过程中的消化生理机制奠定基础。【方法】通过筛选美国白蛾cDNA文库,克隆美国白蛾丝氨酸蛋白酶基因。荧光定量PCR检测该基因在美国白蛾不同发育阶段的表达特性;半定量RT-PCR和荧光定量PCR分别检测该基因在美国白蛾5龄幼虫体内不同组织中的分布及表达特性;荧光定量PCR检测取食不同寄主植物(美洲黑杨Populus deltoides,日本晚樱Cerasus serrulata var.lannesiana,山樱花Cerasus serrulata,喜树Camptotheca acuminata和法国梧桐Platanus orientalis)叶片后美国白蛾4龄幼虫中该基因的表达量。【结果】克隆获得美国白蛾丝氨酸蛋白酶基因HcSP1(GenBank登录号:MH663425),开放阅读框长882 bp,编码293个氨基酸,预测分子量为30.5 kD,理论等电点预测为9.86。编码蛋白N末端疏水区包含15个氨基酸组成的信号肽;具有丝氨酸蛋白酶的典型特征,即氨基酸序列中具有组氨酸(His)、天门冬氨酸(Asp)以及丝氨酸(Ser)残基组成的酶活性催化中心三元件;具有明显的胰蛋白酶前体的特征,即具有信号肽、激活肽以及胰蛋白酶N末端保守的起始氨基酸序列(IVGG)。NCBI BLAST比对结果表明美国白蛾HcSP1与其他鳞翅目昆虫丝氨酸蛋白酶的氨基酸序列一致性在50%～70%之间。荧光定量PCR结果显示,HcSP1在美国白蛾幼虫不同发育阶段的相对表达量呈现动态的变化,并随着幼虫虫龄的增长呈现上升趋势。半定量RT-PCR及荧光定量PCR结果显示,HcSP1在美国白蛾5龄幼虫头部、唾液腺、中肠、脂肪体、表皮、马氏管和血淋巴等组织中均有表达且在幼虫中肠中表达量极高。与取食其他寄主植物叶片相比,美国白蛾取食喜树叶片后HcSP1的相对表达量明显升高,并显著高于取食其他寄主植物。【结论】本研究克隆获得美国白蛾丝氨酸蛋白酶基因HcSP1,检测了其在美国白蛾不同发育阶段、不同组织以及取食不同寄主植物叶片后的表达量,为探究美国白蛾在寄主转换过程中消化生理的机制奠定基础,也为美国白蛾的防治提供新的思路。     

苏云金芽胞杆菌cyt2Ba16基因的克隆表达

[目的]获得苏云金芽胞杆菌QL32-1中杀虫晶体蛋白基因,并分析其杀虫活性。[方法]采用cyt基因通用引物、两步法染色体步移的方法对QL32-1中cyt基因进行鉴定和全长克隆,再构建重组质粒pET-28a-2Ba16,并转化到大肠杆菌BL21(DE3)中,经IPTG诱导表达,最后对表达蛋白进行杀虫活性分析。[结果]克隆得到1个全长783 bp cyt2B基因,其编码260个氨基酸,推导分子量约29.69 kDa,此氨基酸序列与已知的Cyt2Ba1蛋白同源性最高,为92.4%。该基因被国际杀虫晶体蛋白基因命名委员会正式命名为cyt2Ba16。杀虫活性分析表明:cyt2Ba16对双翅目的库蚊(Culex quinquefasciatus)具有显著的杀虫活性,LC50为9.73μg/mL。[结论]cyt2Ba16基因是一个对库蚊具有较高杀虫活性的新型cyt基因,为QL32-1菌株的应用提供理论基础。     

31株苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因型鉴定及表达产物研究

利用已建立的苏云金芽孢杆菌cry基因的PCRRFLP鉴定体系,鉴定了31株Bt菌株的cry基因类型,并进行了SDSPAGE分析和杀虫生物活性测定。研究表明：25株含cry1基因,表达蛋白130～150kD;其中16株含有对鞘翅目和鳞翅目害虫皆有活性的cry1I基因,其表达蛋白为81kD;15株同时含有cry1和cry2基因(13株表达蛋白约为60kD);10株含有未知待定基因;6株不含所鉴定的cry基因(其中2株有表达产物)。室内生物测定表明：cry1、cry2基因表达的菌株对鳞翅目害虫具有高杀虫活性,7株对舞毒蛾和膜翅目——杨叶蜂幼虫具有较高杀虫活性;含有cry1Aa\,cry1Ac\,cry2或cry1Ab\,cry1Ac\,cry2基因组合的菌株对棉铃虫幼虫均显示杀虫活性,其中6、12、30号菌株毒力最强。不含上述cry基因的菌株均无杀虫活性。以上结果证明,通过cry基因类型鉴定和表达产物的SDSPAGE分析可以预测菌株的杀虫活性。     

带cry3Aa启动子的aiiA基因在苏云金芽胞杆菌中的表达

N 乙酰高丝氨酸内酯 (N acyl homoserinelactones,AHLs) ,是一类数量感知 (Quorum sensing)系统中的信号分子 ,它参与诱导调控许多植物病原菌致病基因的表达。苏云金芽胞杆菌的AiiA蛋白能降解这类AHLs分子 ,进而可减弱病原菌致病基因表达产生的病害。苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白基因cry3Aa的启动子是一种不依赖芽胞形成的启动子 ,它相对于其它cry类基因的启动子有启动基因转录时间早 ,转录时间长的优点。通过重叠延伸PCR ,用杀虫晶体蛋白基因cry3Aa启动子替换编码AiiA蛋白的基因aiiA自身的启动子 ,构建了融合基因pro3A aiiA。将融合基因装入穿梭载体pHT3 0 4的BamHI SphI位点 ,得到重组质粒pBMB686并转化苏云金芽胞杆菌无晶体突变株BMB171,重组菌株BMB686的AiiA蛋白表达量在各个生长时期均高于对照菌株 ,对AHLs分子的降解活性和对胡萝卜软腐欧文氏菌感染马铃薯产生病害的抑制能力也明显优于对照菌株     

含Arg9的人抗HBsAg单链抗体/ EGFP融合蛋白基因的构建、表达和内化作用的研究

目的：构建、表达和纯化带有转膜结构域Arg9的ScFv14/EGFP融合蛋白, 并对纯化产物的亲和 活性和内化作用进行研究。 方法： 将Arg9的编码序列分别重组到ScFv14/EGFP基因的5'端或3'端或二者之间,将它们分别克隆入原核表达载体pET32a,转化大肠杆菌BL21(DE3)LysS进行诱导表达和纯化,用间接ELISA方法检测表达产物与HBsAg的亲和活性,并用间接免疫荧光检测纯化蛋白的内化活性。 结果：经测序及酶切鉴定证实四种融合基因序列完全正确.SDS-PAGE和Western blot证实四种融合基因成功表达和纯化.间接ELISA检测证实四种融合蛋白均具有HBsAg结合活性,间接免疫荧光检测显示N端带有Arg9的融合蛋白有较强的内化作用,而且不内化进入HBsAg非表达的细胞。 结论：成功构建、表达和纯化了ScFv14/EGFP融合蛋白和三种带有Arg9的ScFv14/EGFP融合蛋白,纯化产物均具有与抗原HBsAg亲和的活性,N端带有Arg9的融合蛋白与靶细胞作用有较强的内化作用。     

丙型肝炎病毒核心抗原高效表达及产物抗原性的研究

用含谷胱甘肽转硫酶（ＧＳＴ）基因的ｐＧｅｘ－２Ｔ为表达载体在大肠杆菌中高效表达了含ＨＣＶ核心区部分基因片段（约１２２个氢基酸）的融合蛋白,表达产物Ｃ２７经测定占菌体总蛋白的３０％,Ｃ２７纯化后,用我国ＨＣＶ诊断试剂第二代血清参考品为标准与Ｇ１１核心抗原进行比较,结果显示二者具有相同的总体检出率和近似的抗原活性。因此,推测表达的部分区段基因可能是核心区重要功能区域。另外融合蛋白对提高重组蛋白的抗原活性和分离纯化等均有一定作用。     

CryNGc蛋白在转基因玉米和大肠杆菌中表达的等同性研究

转基因玉米表达蛋白的身份鉴定和对玉米表达蛋白与大肠杆菌表达蛋白的等同性研究是进行蛋白安全性评价的重要前提。以人工合成的新型重组抗虫蛋白CryNGc 为研究材料,通过密码子优化、cryNGc杀虫蛋白编码基因化学合成、原核表达载体构建、大肠杆菌表达条件优化等方法原核表达 CryNGc 蛋白。在此基础上,利用SDS-PAGE电泳、免疫杂交分析和液相色谱-串联质谱鉴定技术对玉米转化体 HiII-NGc-1和大肠杆菌表达的CryNGc重组蛋白进行了特性分析和一致性评价。研究结果表明,抗虫基因cryNGc在转基因玉米和大肠杆菌中表达的蛋白电泳迁移率、免疫活性和氨基酸组成具有一致性,证实玉米转化体HiII-NGc-1中产生的CryNGc蛋白的特性与理论预测相符,且与大肠杆菌表达的CryNGc蛋白实质等同。研究结果为进一步开展新型抗虫重组蛋白CryNGc 玉米转化体的生物安全性评价提供了理论基础和数据支持。     

Cloning and expression in Escherichia coli of an insecticidal crystal protein gene from Bacillus thuringiensis var. aizawai HD-133

Using a gene probe derived from the cloned var. sotto insecticidal crystal protein (ICP) gene, we have cloned a Bacillus thuringiensis var. aizawai HD-133 ICP gene in Escherichia coli. The gene encodes a polypeptide that is toxic to Lepidoptera in vivo and in vitro. The protein is expressed at a level sufficient to produce phase-bright inclusions in recombinant E. coli strains, and these inclusions can be partially purified using discontinuous sucrose density gradients. Immunoblotting shows that the inclusions contain a 135 kDa polypeptide which reacts strongly with antiserum raised against the B. thuringiensis var. kurstaki HD-1 P1 polypeptide.     

Toxicity analysis of N- and C-terminus-deleted vegetative insecticidal protein from Bacillus thuringiensis.

A vegetative insecticidal protein (VIP)-encoding gene from a local isolate of Bacillus thuringiensis has been cloned, sequenced, and expressed in Escherichia coli. The expressed protein shows insecticidal activity against several lepidopteran pests but is ineffective against Agrotis ipsilon. Comparison of the amino acid sequence with those of reported VIPs revealed a few differences. Analysis of insecticidal activity with N- and C-terminus deletion mutants suggests a differential mode of action of VIP against different pests.     

Sequence analysis of insecticidal genes from Xenorhabdus nematophilus PMFI296

Three strains of Xenorhabdus nematophilus showed insecticidal activity when fed to Pieris brassicae (cabbage white butterfly) larvae. From one of these strains (X. nematophilus PMFI296) a cosmid genome library was prepared in Escherichia coli and screened for oral insecticidal activity. Two overlapping cosmid clones were shown to encode insecticidal proteins, which had activity when expressed in E. coli (50% lethal concentration [LC(50)] of 2 to 6 microg of total protein/g of diet). The complete sequence of one cosmid (cHRIM1) was obtained. On cHRIM1, five genes (xptA1, -A2, -B1, -C1, and -D1) showed homology with up to 49% identity to insecticidal toxins identified in Photorhabdus luminescens, and also a smaller gene (chi) showed homology to a putative chitinase gene (38% identity). Transposon mutagenesis of the cosmid insert indicated that the genes xptA2, xptD1, and chi were not important for the expression of insecticidal activity toward P. brassicae. One gene (xptA1) was found to be central for the expression of activity, and the genes xptB1 and xptC1 were needed for full activity. The location of these genes together on the chromosome and therefore present on a single cosmid insert probably accounted for the detection of insecticidal activity in this E. coli clone. Although multiple genes may be needed for full activity, E. coli cells expressing the xptA1 gene from the bacteriophage lambda P(L) promoter were shown to have insecticidal activity (LC(50) of 112 microg of total protein/g of diet). This is contrary to the toxin genes identified in P. luminescens, which were not insecticidal when expressed individually in E. coli. High-level gene expression and the use of a sensitive insect may have aided in the detection of insecticidal activity in the E. coli clone expressing xptA1. The location of these toxin genes and the chitinase gene and the presence of mobile elements (insertion sequence) and tRNA genes on cHRIM1 indicates that this region of DNA represents a pathogenicity island on the genome of X. nematophilus PMFI296.     

地衣芽孢杆菌MY75菌株几丁质酶基因的异源表达及特性

【目的】地衣芽孢杆菌MY75菌株的几丁质酶基因的异源表达,并对表达蛋白的特性进行研究。【方法】制备MY75菌株培养上清粗蛋白,利用酶谱分析确定具有几丁质酶活的蛋白分子量。将该蛋白进行飞行时间质谱分析,确定其部分氨基酸序列,设计PCR引物对MY75菌株的几丁质酶基因进行克隆及异源表达。对表达蛋白的最适反应温度及pH,温度耐受性及金属离子对酶活力的影响等特性进行了研究,并测定了表达蛋白对真菌孢子萌发的抑制活性和对甜菜夜蛾幼虫的杀虫增效作用。【结果】酶谱分析证明MY75菌株培养上清液中仅含有一种55kDa的几丁质酶。将该编码基因chiMY克隆及序列分析后发现,基因长度为1797bp,编码599个氨基酸。在大肠杆菌中异源表达的几丁质酶ChiMY蛋白的分子量为67kDa。质谱分析证明,55kDa蛋白与67kDa蛋白序列相同。ChiMY最适pH和最适温度分别为7.0和50°C,为中性几丁质酶。Li+,Na+,和Mg2+离子对表达蛋白的酶活力具有促进作用,Mn2+,Cr3+,Zn2+和Ag+离子则能显著抑制酶活力,Cu2+和Fe3+离子完全抑制酶活性。生物测定的结果显示,异源表达的MY75几丁质酶能够抑制小麦赤霉及黑曲霉的孢子萌发,并且对苏云金芽孢杆菌的杀虫活力具有增效作用。【结论】地衣芽孢杆菌MY75菌株中仅有一种55kDa几丁质酶,其编码基因能够在大肠杆菌中大量表达,表达蛋白分子量与野生型蛋白之间有显著差异,由此证明MY75菌株中存在着几丁质酶的剪切加工过程。明确了地衣芽孢杆菌几丁质酶ChiMY具有抑制真菌活性及杀虫增效作用。上述全部研究结论在国内首次报道。     

Heterologous expression of a mutated toxin gene from Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis

Using oligonucleotide probes we have isolated a DNA fragment encoding an insecticidal toxin of the coleopteran specific Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis. The gene was altered by site directed mutagenesis at its 5'-end and adapted for general cloning and expression purposes with a linker including a start codon and new restriction sites. The constructs were inserted into several vector plasmids and expressed in Escherichia coli. Expression E. coli was strongly enhanced by the lac-promoter. A fusion protein with phage MS2-polymerase was produced together with a 67 kDa protein also found for normal expression of the toxin gene. Synthesis of the latter protein indicated a second ribosome binding site at the 5'-terminus of the toxin encoding sequence. Toxin-containing proteins were identified by Western blot analysis. The positive cell extracts from E. coli had insecticidal activity on larvae of the Colorado potato beetle. The cloned gene is not homologous to a gene previously cloned by us whose gene products were also toxic to coleopteran larvae.     

对粉纹夜蛾高毒力cry9Ea基因的克隆及表达

【目的】从本实验室分离的Bt4菌株中克隆cry9Ea基因,并研究其表达和杀虫活性。【方法】以PCR-RFLP方法鉴定Bt4菌株含有cry9基因,然后以菌株Bt4的质粒为模板,利用全长引物F9EA/R9EA进行PCR扩增全长基因。【结果】将目的片段插入到表达载体pET21b,得到大肠杆菌重组表达质粒pETcry9Ea。转化E.coli BL21(DE3),诱导后表达130kDa的蛋白,再将cry9Ea7基因连接到穿梭载体pSXY422b,电激转化HD73-(cry-),得到工程菌BioHD9Ea7,提取Cry9Ea7晶体蛋白,并进行生物活性测定。生物活性测定结果显示Cry9Ea7蛋白对粉纹夜蛾(Trichoplusia ni)初孵幼虫具有高毒力,LC50为0.044μg/mL,而对甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)初孵幼虫未显示活性。【结论】克隆和表达了一个对粉纹夜蛾高毒力的基因cry9Ea7,并成功构建了工程菌BioHD9Ea7。     

苏云金杆菌以色列亚种cryIVB基因在E.coli中的高表达

韭菜迟眼蕈蚊（Ｂｒａｄｙｓｉａｏｄｏｒｉｐｈａｇａ）幼虫以取食根部危害韭菜的生长．为了研究有效的生防制剂,采用ＤＮＡ聚合酶链式反应方法,从苏云金杆菌以色列亚种（Ｂｔｉ）得到３．５ｋｂ的开放阅读框架（ＯＲＦ）,其包括Ｂｔｉ杀虫蛋白基因ｃｒｙＩＶＢ的结构基因和部分上游启动区．将结构基因亚克隆到高表达载体ｐＱＥ５２中,构建了高表达质粒ｐＱＥ５２Ｂ．在Ｅ．ｃｏｌｉＳＧ１３００９（ｐＲＥＰ４）中,经ＩＰＴＧ诱导,１３０ｋＤ的蛋白表达量约占细胞总蛋白的７．９％,其对韭菜迟眼蕈蚊三龄幼虫具有较强的毒杀作用．为进一步利用ｃｒｙＩＶＢ基因,构建生防工程菌株打下了基础     

昆虫神经毒素LqhIT2的表达、抗血清制备及活性分析

根据毕赤酵母密码子偏爱性,不改变毒素蛋白质一级结构,设计合成了昆虫神经毒素LqhIT2基因,并分别克隆至大肠杆菌融合表达载体pPET30-a( )和毕赤酵母分泌表达载体pPIC9K.在IPTG的诱导下,神经毒素在大肠杆菌中融合表达,表达产物经镍亲和层析纯化后,用于免疫BALB/c小鼠,制备了特异性较高的抗血清,抗体滴度超过1:128 000.利用制备的抗血清,采用斑点杂交,筛选得到了较高水平分泌表达重组LqhIT2的酵母转化子,摇瓶条件下,毒素表达量约9 mg/L.大肠杆菌表达产物没有生物活性,酵母表达产物经注射蝗虫表现出杀虫活性.