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.

两种转Bt基因棉杀虫蛋白Cry1Ac表达量的检测

用EnvirologixCry1Ab/Cry1Ac平板试剂盒检测了两种转Cry1Ac基因的棉花品系 (NUCOTN33B、NUCOTN99B) 以及常规对照品系 (苏棉 12) 不同生育期主茎嫩叶、侧枝嫩叶、蕾及蕾的苞叶中杀虫蛋白Cry1Ac的含量。结果表明, 两种转Bt基因棉主茎嫩叶杀虫蛋白Cry1Ac的含量随生育期的推移呈明显下降趋势, 花铃期 (NUCOTN33B和NUCOTN99B分别为 4 43和 2 93μg·g-1 ) 和吐絮期 (3 87和 2 86μg·g-1 ) 的含量分别降至苗期第 6叶 (7 64和 8 38μg·g-1 )的 58%、35%和 51%、34%; 相同时期的主茎嫩叶和侧枝嫩叶中Cry1Ac的含量均显著高于蕾及蕾的苞叶, 前两者均为后两者的两倍以上。

大肠杆菌中利用苏云金芽胞杆菌强启动子p1Ac指导Cry1Ac蛋白表达的特性分析

对利用苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)强启动子——cry1Ac基因启动子p1Ac指导cry基因在大肠杆菌中的表达进行了研究。结果显示,大肠杆菌中由启动子p1Ac指导表达的Cry1Ac蛋白与苏云金芽胞杆菌来源的Cry1Ac蛋白在碱溶性、胰蛋白酶活化、杀虫活性等方面有较好的一致性,从而解决了目前商业化载体大肠杆菌表达cry基因时形成不易溶解的包涵体问题。同时,还对p1Ac指导的cry1Ac基因在大肠杆菌中表达的发酵条件进行了初步探索。

W544F定点突变提高苏云金杆菌Cry1Ac蛋白的稳定性

W544是Cry1Ac蛋白上独特于其它Cry类蛋白的一个氨基酸,它与F578和F604一起组成一个'螺旋桨状'的疏水簇,通过疏水相互作用维持蛋白的三维结构稳定.本研究通过定点突变将W544保守地替换为苯丙氨酸,SDS-PAGE分析结果表明其纯化的原毒素对紫外照射、胰蛋白酶处理和室温存贮的稳定性相对于野生Cry1Ac都有一定程度的提高;经原子力显微镜观察,发现W544F产生的晶体两个顶点间的垂直距离比野生型Cry1Ac约长0.6μm,且晶体表面不及野生型光滑;此外,W544F与野生Cry1Ac的杀虫活性相似,但经过紫外光照射9 h后,其保留的杀虫活性比野生型高4倍以上.W544F突变较好地解决了Cry1Ac毒素蛋白田间应用不持久的问题,具有重要的应用价值.

棉铃虫对Bt毒蛋白(Cry1Ac)抗性品系的选育

1997～ 2 0 0 0年 ,用含 Bt毒蛋白 (Cry1 Ac)的人工饲料对来自本所试验棉田的棉铃虫经过室内2 1代中 1 6代次的筛选 ,筛选后 F19代 L C50 值(4.3 6 4 6 g· L- 1)比筛选前 F2 代 L C50 值 (0 .2 972 g·L- 1)提高了 1 4.7倍。试验还发现雌性棉铃虫对Bt毒蛋白的敏感性大于雄性。对 Bt毒蛋白抗性品系筛选前后分别测定了其不同菌系 (商品制剂Dipel和 Xentari)的剂量 -死亡率回归线 。

苏云金芽孢杆菌Cry1Ac杀虫晶体蛋白及其分子设计

cry1Ac编码的杀虫晶体蛋白是苏云金芽孢杆菌(Bt)产生的多种杀虫晶体蛋白中对鳞翅目昆虫有很高毒性的蛋白。第一个Cry1Ac杀虫晶体蛋白最早在库斯塔克亚种HD73中以伴胞晶体形式分离获得,其编码区为3534bp,编码蛋白分子量为133kD,含1178个氨基酸,等电点为4.84。自此以来,Cry1Ac杀虫晶体蛋白结构、功能以及应用研究一直是Bt杀虫晶体蛋白研究的重要方向。本文介绍了苏云金芽孢杆菌中应用最广泛的Cry1Ac杀虫晶体蛋白家族的结构、功能及其基因分类,并进一步就基于苏云金芽孢杆菌Cry1Ac杀虫晶体蛋白的基因工程研究做了分析,提出了持续利用BtCry1Ac杀虫晶体蛋白的一些见解。

棉铃虫中肠特异性结合蛋白ABCC1对Cry1Ac毒力的影响

【目的】研究棉铃虫(Helicoverpa armigera)中肠蛋白ABCC1(HaABCC1)与Cry1Ac的结合特性及对Cry1Ac毒力的影响,明确HaABCC1在Cry1Ac杀虫机制中的作用。【方法】分析HaABCC1基因序列,设计引物,通过原核表达得到HaABCC1两个跨膜区片段的蛋白,与Cry1Ac进行Ligand blot试验,验证其与Cry1Ac的体外结合特性;利用RNAi技术干扰棉铃虫幼虫的HaABCC1,在3龄幼虫腹部注射siABCC1,比较HaABCC1的表达量及Cry1Ac处理后棉铃虫死亡率的变化;通过细胞转染将ABCC1导入Sf9细胞系中,确定pAc-ABCC1重组质粒转入Sf9细胞后,用细胞生物测定的方法比较Cry1Ac处理后细胞死亡率的变化;比较敏感品系(96S)和Cry1Ac抗性品系(BtR)棉铃虫的HaABCC1基因全长序列,并通过荧光定量RT-PCR检测HaABCC1在抗、感棉铃虫中的表达量。【结果】HaABCC1跨膜区TMD1和TMD2在Escherichia coli BL21(DE3)感受态细胞中成功表达,两个HaABCC1跨膜区片段蛋白均能与活化的Cry1Ac在体外结合;棉铃虫注射siABCC1后,HaABCC1的表达量显著下降,与未注射的棉铃虫、注射DEPC水和siEGFP的棉铃虫相比,用活化的Cry1Ac蛋白处理HaABCC1被干扰的棉铃虫,其幼虫死亡率显著降低,表明棉铃虫幼虫的HaABCC1被干扰后,能显著降低Cry1Ac对棉铃虫的毒力;用活化的Cry1Ac蛋白处理成功转入HaABCC1的Sf9细胞,与对照Sf9细胞相比,细胞的死亡率明显上升,表明将HaABCC1导入Sf9后能显著提高Cry1Ac处理后的细胞死亡率;抗性品系(BtR)与敏感品系(96S)棉铃虫的HaABCC1氨基酸序列没有差别,但抗性品系BtR棉铃虫HaABCC1的表达量显著降低。【结论】HaABCC1是Cry1Ac的特异性结合蛋白,可能是Cry1Ac的功能受体蛋白,并可能参与对Cry1Ac的抗性机制。

棉铃虫中肠钙粘蛋白、氨肽酶N及碱性磷酸酯酶的抗血清对Cry1Ac和Cry2Aa毒力的影响

【目的】Cry1A和Cry2A类Bt蛋白通过特异性地与昆虫中肠上的受体蛋白结合而发挥杀虫作用,现已广泛应用于转基因抗虫作物。本研究旨在进一步明确Cry2A类蛋白的作用机制和Cry1A受体蛋白在Cry2A发挥毒力中的作用。【方法】本研究首先提取了棉铃虫Helicoverpa armigera的BBMV,制备了钙粘蛋白(CAD)、氨肽酶N(APN)和碱性磷酸酯酶(ALP)3种受体蛋白的抗体和抗血清;然后,利用Western blot检测BBMV上这3种受体蛋白后,利用抗体封闭技术比较了敏感棉铃虫和Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)中3种受体蛋白的抗血清对Cry1Ac和Cry2Aa毒力的影响。【结果】对敏感品系棉铃虫,这3种已知的Cry1Ac受体蛋白抗血清显著地降低了Cry1Ac和Cry2Aa的毒力。其中APN抗血清对Cry1Ac毒力的影响最大,棉铃虫幼虫的死亡率降低了84.44%;ALP抗血清对Cry2Aa的毒力影响最大,棉铃虫幼虫死亡率比对照降低了71.04%。Cry1Ac对Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)的毒力显著降低,Cry2Aa的毒性也减弱。在Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)中,3种受体抗血清对Cry1Ac的影响比在敏感棉铃虫中的影响小,尤其是CAD和APN抗血清对Cry1Ac毒力的抑制率显著低于在敏感棉铃虫中的抑制作用;CAD和ALP抗血清对Cry2Aa毒力的影响与在敏感棉铃虫中的影响差异不显著,但APN抗血清可以显著降低Cry2Aa对Cry1Ac抗性棉铃虫(BtR)的毒力。【结论】棉铃虫CAD,APN和ALP不仅参与了Cry1Ac的杀虫过程,也对Cry2Aa毒力有一定的影响,而且这3种蛋白可能与棉铃虫对Cry1Ac和Cry2Aa产生抗性及交互抗性相关。

棉田Cry1Ac蛋白降解菌株12T-103的分离鉴定及降解能力研究

为分离鉴定棉田转Cry1Ac基因棉的Cry1Ac蛋白土壤降解细菌及测定其降解能力。采用蛋白质凝胶电泳(SDSPAGE)、酶联免疫法(ELISA)法和常规细菌培养与鉴定技术,对第一师12团棉田土壤中Cry1Ac蛋白降解菌进行分离、纯化、形态生理生化观察以及降解功能测定。结果表明:从棉田土壤分离一株具有降解Cry1Ac蛋白能力的土壤细菌,命名为12T-103菌株,细菌形态学、生理生化特征和16S r DNA序列鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),该菌株对Cry1Ac蛋白的降解效果较为明显,在1h时Cry1Ac蛋白含量由15. 95μg·L-1降至0. 68μg·L-1,其降解程度达极显著水平(p <0. 01),其降解率为92. 26%。结论:分离于转基因棉田的12T-103菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),该菌株对Cry1Ac蛋白的降解能力较强。

基于三级营养传递Cry1Ac蛋白对普通草蛉酶活力及生长发育的影响

【目的】研究Cry1Ac蛋白通过棉花、棉蚜的传递对普通草蛉酶活性及生长发育的影响,为转Bt基因棉花的安全性评价提供参考和依据。【方法】采用ELISA方法,检测Bt棉、取食Bt棉的棉蚜和捕食棉蚜普通草蛉体内Bt杀虫蛋白含量;通过酶活力测定普通草蛉幼虫取食Bt棉花上棉蚜后其体内的类胰蛋白酶、类胰凝乳蛋白酶和氨肽酶的酶活性;室内生物测定普通草蛉取食Bt棉花上的棉蚜后对其生长发育的影响。【结果】Cry1Ac杀虫蛋白在棉叶中的表达量为788. 76 ng/g,远高于棉蚜体内的2. 35 ng/g,取食Bt棉花上棉蚜的普通草蛉3龄幼虫体内并未检测到Bt杀虫蛋白;通过三级营养传递的Cry1Ac蛋白对普通草蛉酶活力影响甚微。【结论】棉蚜取食Bt棉花后体内仅能累计微量Cry1Ac蛋白;普通草蛉取食Bt棉花上的棉蚜后,对其体内三种酶活性和生长发育均没有负面影响。

抗苏云金杆菌毒素Cry1Ac粉纹夜蛾细胞系的特性研究

为了从离体细胞水平探讨昆虫对苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白的部分抗性机制,本文采用活化的Cry1Ac 毒素对粉纹夜蛾BTI-TN-581-4细胞连续筛选86代,获得了高水平抗性细胞,研究了其某些特性。它对Cry1c 产生了低水平的交互抗性,对低渗溶液的耐受性显著增强,双向电泳图谱表明抗性细胞膜蛋白组分发生了明显的变化。膜蛋白组分的变化可能导致了筛选细胞的耐低渗透压和抗Cry1C。

表面等离子共振传感器检测转基因植物中苏云金芽孢杆菌cry1Ac蛋白的方法研究

为建立表面等离子共振传感器检测转基因植物中苏云金芽孢杆菌cry1Ac蛋白的方法,根据生物分子间的相互作用,在金片表面修饰cry1Ac蛋白的特异性单克隆抗体,对不同稀释梯度的cry1Ac蛋白进行检测研究。结果表明:该方法可有效的检测到cry1Ac蛋白,检测灵敏度可达到10ng·mL-1,与cry2A蛋白及CP4-EPSPS蛋白无交叉反应。说明利用表面等离子共振方法检测cry1Ac蛋白操作简单,省时且灵敏度高,特异性强,可用于对cry1Ac蛋白的定量检测。

转cry1Ab/cry1Ac基因玉米Cry1Ab/Cry1Ac融合蛋白表达及对亚洲玉米螟的室内杀虫效果

【目的】室内抗螟性评价是转Bt基因抗虫玉米研发和安全性评价的重要环节。【方法】采用酶联免疫吸附测定法(ELISA)测定了转cry1Ab/cry1Ac基因玉米ZZM030心叶中Cry1Ab/Cry1Ac融合杀虫蛋白的表达量;采用室内生测法测定了分别取食转基因玉米ZZM030和非转基因玉米X249心叶后亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis敏感品系ACB-BtS、Cry1Ab抗性品系ACB-AbR和Cry1Ac抗性品系ACB-AcR初孵幼虫的存活率。【结果】转基因抗虫玉米ZZM0304叶期和8叶期心叶中Cry1Ab/Cry1Ac融合杀虫蛋白的表达量分别是10.62和2.94μg/g FW。敏感品系亚洲玉米螟初孵幼虫取食转基因玉米ZZM030心叶2 d的存活率仅为23.6%,4 d后存活率为0,而取食非转基因对照玉米X249心叶4 d的存活率高达93.1%。Cry1Ab抗性品系和Cry1Ac抗性品系初孵幼虫取食转基因玉米ZZM030心叶6 d后的存活率分别为11.1%和12.5%,而取食非转基因玉米X249心叶6 d后的存活率分别为81.9%和77.8%。【结论】转cry1Ab/cry1Ac基因玉米ZZM030心叶中高表达的Cry1Ab/Cry1Ac融合蛋白对亚洲玉米螟初孵幼虫具有极高的杀虫效果。

转基因蛋白Cry1AC的非标记阻抗型电化学免疫传感器的构建

Cry1Ac蛋白作为一种重要的生物杀虫剂,在转基因作物中应用广泛,对转基因作物及其产品中Cry1Ac蛋白的含量进行监测,是保障食品安全及消费者知情权的重要手段。本研究在获得抗Cry1Ac蛋白单克隆抗体的基础上,以其为核心识别元件,构建非标记阻抗型电化学免疫传感器,结果显示,本研究建立的Cry1Ac阻抗性电化学免疫传感器的线性范围为0.98~125ng·mL-1,最低检测限为0.80ng·mL-1,样品加标回收率为80%~110%,并与其它蛋白无交叉反应,为转基因作物及其产品中Cry1Ac蛋白的快速检测提供了一种新的方法。

生物炭对Bt Cry1Ac蛋白抗紫外能力影响

为了研究生物炭对紫外线的防护作用,以豆壳烧制的生物炭作为载体,研究生物炭对Bt Cry1Ac蛋白的吸附行为以及生物炭对Cry1Ac蛋白的紫外保护作用。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射以及傅立叶红外光谱等手段对生物炭的形貌和结构进行表征。结果表明,生物炭是典型的多孔结构材料,表面具有丰富的官能团。Cry1Ac蛋白与生物炭吸附平衡时间为50 min,最合适的吸附浓度比(生物炭:蛋白)为1:100,二者吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型。在UVB紫外照射4 h后,生物炭与Cry1Ac蛋白复合物对棉铃虫的生物活性是单纯蛋白的4.93倍,显示生物炭具有较好的紫外抵抗效果。研究结果初步表明,制备得到的生物炭能够显著提高Cry1Ac蛋白的抗紫外能力,为后续研发耐受紫外线的农药剂型提供新材料。

亚洲玉米螟中肠类钙黏蛋白Cry1A毒素结合区对Cry1Ac毒素杀虫活性的影响

通过原核表达及亲和层析获得亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis中肠类钙黏蛋白Cry1A毒素结合区MPR及其在Cry1Ac抗性玉米螟中的突变体MPR-r2多肽片段。采用饲料混合法测定了MPR和MPR-r2及其分别与Cry1Ac毒素混合对亚洲玉米螟幼虫的杀虫效果。结果表明,MPR和MPR-r2多肽片段对亚洲玉米螟幼虫都有一定的杀虫作用;当MPR多肽片段与Cry1Ac毒素混合时,杀虫活性具有加性效应,而MPR-r2多肽片段与Cry1Ac毒素混合的杀虫效果则没有显著提高。

cry1Ac基因启动子表达Vip3Aa蛋白特性分析

苏云金芽胞杆菌cry基因启动子常用于构建蛋白表达载体。为探讨苏云金芽胞杆菌cry基因启动子指导Vip3Aa蛋白表达情况及杀虫活性,以p UC19载体为基础,运用重叠引物PCR方法构建Vip3Aa11表达载体,并与由T7启动子指导的Vip3Aa11表达蛋白杀虫活性、抗胰蛋白酶稳定性比较,初步探索发酵条件。结果表明,cry1Ac启动子与T7启动子均在上清液中表达大小为88 ku Vip3Aa11蛋白,对甜菜夜蛾、棉铃虫杀虫活性差异不显著,cry1Ac基因启动子在37℃、48 h更适合Vip3Aa11蛋白的表达,为vip基因表达、功能验证及杀虫机理等研究提供新思路。

棉铃虫JNKs基因的克隆及表达分析

c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)是MAPK家族(mitogen-activated protein kinases,丝裂原活化蛋白激酶)的重要成员,具有参与昆虫抗逆反应等多种功能。为明确JNK在棉铃虫Helicoverpa armigera中的表达特性及其对Bt杀虫蛋白的应激与免疫反应,本研究通过PCR克隆得到2个棉铃虫JNK基因HaJNK1和HaJNK2;生物信息学分析结果显示:HaJNK1和HaJNK2基因开放阅读框分别为1 191、1 143 bp,分别编码397、381个氨基酸。系统进化树分析结果表明棉铃虫HaJNK1与黏虫Mythimna separata聚为一支,亲缘关系较近,HaJNK2与家蚕Bombyx mori聚为一支,同源性较高。利用实时荧光定量PCR技术分析HaJNK1与HaJNK2在棉铃虫不同发育时期、不同组织中的表达量,发现HaJNK1与HaJNK2在卵中表达量最高,其次是雌成虫;HaJNK1在性腺中表达量最高,其次是唾液腺;HaJNK2在头部表达量最高,其次是性腺。取食Cry1Ac的4龄棉铃虫幼虫的中肠组织中,HaJNK1与HaJNK2的表达量均显著升高。推测HaJNKs基因可能参与棉铃虫抵御Bt杀虫蛋白伤害的应激和抗逆反应。

双价杀虫蛋白基因在荧光假单胞菌中的表达及增效

利用广宿主质粒载体 pJMS6α lac将苏云金芽胞杆菌 (Bacillusthuringiensis)杀虫晶体蛋白基因cry1Ac和cry2Aa基因分别及一起进行克隆 ,将重组质粒导入能在多种作物上定殖、对植物病菌有良好抑菌和防治作用的荧光假单胞菌 (Pseudomonasfluorescens)P30 3菌株 ,分别得到工程菌株IPP1 0 1、IPP2 0 1和IPP2 0 2。PCR RFLP和Southernblot检测均证明目的基因已经导入了工程菌。SDS PAGE电泳显示工程菌中存在明显的Cry1Ac蛋白带 ;透射电镜观察发现含cry1Ac基因的两个菌株IPP1 0 1和IPP2 0 2中杀虫蛋白形成了典型的菱形晶体和蛋白包含体 ,而在野生P30 3菌株中均无这些结构。这些结果说明 ,工程菌中cry1Ac基因得到了很好表达。室内杀虫试验表明 :工程菌对棉铃虫初孵幼虫的致死中浓度 (LC50 ) ,只含cry1Ac的IPP1 0 1为 0 0 0 81 2mL/g饲料 ,只含cry2Aa的IPP2 0 1为 0 0 2 60 4mL/g饲料 ,含双基因的IPP2 0 2为 0 0 0 1 86mL/g饲料 ;HD73为 0 0 0 1 70mL/g饲料。cry1Ac和cry2Aa双基因表达产物具有显著增效作用 ,共毒系数达 332 8。

不同启动子表达Cry1Ie蛋白的特性分析

苏云金芽胞杆菌启动子P1Ac与T7启动子表达的Cry1Ie蛋白对鳞翅目害虫小菜蛾(Plutella xylostella)幼虫的杀虫活性有较大差异。P1Ac启动子表达的Cry1Ie蛋白LC50为1.73μg/mL,T7启动子表达的Cry1Ie蛋白LC50为18.18μg/mL,后者是前者的10.5倍。主要从形态、碱溶性及抗胰蛋白酶稳定性等方面对其进行了初步的探索。结果显示,两者在形态上无显著差异,均有相对较为规则的颗粒存在;在碱溶性方面无显著差异,均有约20.0%的包涵体能溶解于pH10.5 50.0 mmol/L Na2CO3的溶液;在对抗胰蛋白酶的稳定性方面无明显差异,由此说明这三方面都不是二者活性差异的原因,推测是T7启动子表达的Cry1Ie蛋白折叠不正确导致其活性较差。