V-ATPase H表达量下调增强棉铃虫对Cry1Ac的抗性

棉铃虫Helicoverpa armigera是世界性重要农业害虫。目前防治棉铃虫的主要手段是种植转苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)杀虫蛋白的转基因作物。本文旨在研究棉铃虫V-ATPase H在Cry1Ac蛋白毒力和抗性中的作用。利用实时荧光定量qRT-PCR技术分析V-ATPase H在Cry1Ac抗、感品系棉铃虫幼虫中肠及敏感品系棉铃虫幼虫受Cry1Ac诱导后的表达情况;在昆虫Sf9细胞中过表达V-ATPase H对其进行细胞定位,通过细胞毒力试验验证其对Cry1Ac毒力的影响。结果发现棉铃虫V-ATPase H基因在抗性品系中低表达,并且V-ATPase H在受到Cry1Ac诱导时也低表达;在Sf9细胞内表达V-ATPase H蛋白发现其在整个细胞中都有分布,过表达该蛋白后增强了细胞对Cry1Ac蛋白的敏感性。结果表明V-ATPase H参与Cry1Ac蛋白的毒力。

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花(英文)

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(Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend )Conn LBA4404)介导转化了棉花(Gossypium hirsu-tum 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CrylAc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。

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。

转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花对天敌生长发育的影响

以转Cry1Ac基因棉和常规棉品种为对照,系统研究了转Cry1Ac+Cry2Ab棉花对小花蝽、龟纹瓢虫和中华草蛉生长发育的影响。结果表明,和常规棉品种相比,饲喂取食转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉和转Cry1Ac基因棉品种叶片的棉铃虫初孵幼虫使各天敌不同龄期的生长发育历期均有所延长,前者延长的历期短,后者延长的历期长,但差异均未达显著水平。

农杆菌介导Cry1Ac基因转化菊花

用农杆菌介导法,以茎段(节间)为外植体,将含有苏云金芽孢杆菌(Bt)毒蛋白Cry1Ac基 因的植物遗传载体导入菊花(切花菊)品种‘日本黄’中,得到126株抗性植株,PCR检测及基因组DNA 的Southern杂交分析表明Cry1Ac基因已整合到菊花总DNA中,共获得6株转基因植株。利用棉铃虫做转基 因植株的盆栽和叶片平皿试验,发现其中2株对棉铃虫具有很高抗性,校正死亡率达90%以上;1株对棉 铃虫具有高抗性,校正死亡率达80%以上;3株对棉铃虫抗性较明显,校正死亡率44.7%～60.9%。

小菜蛾对Bt毒素Cry1Ac和Bt制剂抗性的选育及其抗性种群的生物学适应性

用Bt制剂和Bt毒素Cry1Ac分别对源自深圳田间的小菜蛾Plutellaxylostella在室内进行抗性种群选育,获得相对抗性倍数分别为24.36、38.16倍的抗性种群DBM.1Ac_R30和DBM.Bt_R46。对这2个抗性种群及其敏感种群(DBM.Bt_S)的生长发育、存活及繁殖特征进行了详细地观察与比较,并以甘蓝为饲喂材料构建了2个抗性实验种群的生命表。结果表明,DBM.1Ac_R30和DBM.Bt_R46种群较DBM.Bt_S种群的产卵量和孵化率下降,幼虫发育历期延长,雌雄比显著降低,雌成虫数量、寿命减少。DBM.1Ac_R30和DBM.Bt_R46种群相对于DBM.Bt_S种群的相对适合度分别为0.75和0.65,抗性种群在繁殖能力上存在明显的生存劣势。

转sck+cry1Ac基因水稻对二化螟及二化螟绒茧蜂存活和生长发育的影响

在实验室研究了转sck+cry1Ac基因水稻(MSB)对二化螟Chilosuppressalis(Walker)生长、存活以及经寄主对二化螟绒茧蜂Apanteleschilonis(Munakata)生物学特性的影响。连续取食转sck+cry1Ac基因水稻的二化螟,体重下降、死亡率上升,从第2天开始,其体重显著低于取食明恢86的对照组;从第6天开始,死亡率极显著高于对照组。二化螟取食MSB36h后移至对照水稻上继续取食3、6、9、12天后,死亡率与对照差异都不显著;但体重均低于对照,其中第3天的体重差异达显著水平。二化螟绒茧蜂分别以取食MSB一定时间的3、4、5龄二化螟幼虫为寄主时,寄生率均低于以对照组,其中对4龄幼虫的寄生率差异显著;结茧率与对照差异均不显著;寄生在取食MSB的5龄二化螟幼虫体内的蜂、蛹期显著长于对照,而所结茧的茧长显著短于对照;但卵-幼虫历期、每茧块茧数、羽化率、雌性率、成蜂寿命和前翅长与对照无显著差异。结果表明转sck+cry1Ac基因水稻不仅对二化螟生长和存活有显著影响,而且可经寄主二化螟影响到二化螟绒茧蜂的一些生物学特性。

棉铃虫田间种群Bt毒素Cry1Ac抗性基因频率的估算

采用改进的F1筛查法检测了2005年采自华北地区的棉铃虫Helicoverpaarmigera(H櫣bner)田间种群对Bt毒素Cry1Ac的抗性基因频率。2005年从河南安阳和河北沧县转Bt基因抗虫棉上采集二代棉铃虫卵,在室内用人工饲料饲养至2龄幼虫,用1μg/cm2的Cry1Ac活化毒素进行初筛,将初筛存活成虫与室内筛选的GYBT抗性品系成虫进行单对杂交,并用区分剂量(2·5μg/cm2)对F1代进行检测。经检测,2005年河南安阳棉铃虫种群和河北沧县棉铃虫种群对Cry1Ac抗性基因频率基本一致,分别为1·4×10-3和1·5×10-3。用毒素涂表法测定了2004、2005年采自河南安阳、河北高阳、河北沧县、新疆阿克苏和新疆沙湾棉铃虫田间种群对Cry1Ac活化毒素的敏感性水平,结果表明华北棉区与新疆内陆棉区棉铃虫种群对Cry1Ac的敏感性存在一定的地区性差异(<8倍)。总体上,我国华北棉区棉铃虫种群对Cry1Ac还未产生明显抗性,抗性基因频率处于正常水平。棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性风险依然存在,需要尽快启动全国性的早期抗性检测和预警工作。

Cry1Ac毒蛋白对粘虫生长发育、繁殖及飞行能力的影响

为了更全面地评价转基因作物对粘虫Mythimna separata(Walker)(鳞翅目:夜蛾科)的影响,在室内用生测法研究了粘虫初孵幼虫连续取食含不同浓度的Cry1Ac毒蛋白的人工饲料后,其生长发育、繁殖及飞行能力的变化。结果表明:取食0(对照),3,6,12,24,48和96μg/gCry1Ac毒蛋白人工饲料6d后的幼虫头宽、体长、18d后的体重随着毒蛋白浓度的升高显著降低,幼虫发育历期显著延长,死亡率显著升高。取食含毒蛋白浓度>12μg/g饲料的幼虫不能正常化蛹;取食含0,3和6μg/g毒蛋白饲料的幼虫能正常化蛹、羽化,化蛹率随着毒蛋白浓度的升高而显著降低、蛹历期显著延长;取食含0,3和6μg/g毒蛋白饲料的幼虫羽化的成虫繁殖能力有显著差异,产卵前期随毒蛋白浓度的升高显著延长,产卵量显著降低;而1日龄成虫飞行能力(飞行距离、时间和速度)则随毒蛋白浓度的升高显著降低。这些结果表明,Cry1Ac毒蛋白对粘虫的生长发育、繁殖及飞行具有显著影响,从而为完善转Bt作物的生态安全性风险评估提供了重要的实验依据。

根癌农杆菌介导Cry1Ac基因转化‘雪青’梨获得转基因植株

以‘雪青’梨叶片愈伤组织为外植体,经根癌农杆菌介导将CaMV35S启动子调控下的Cry1Ac基因导入‘雪青’梨。698块愈伤组织和231个Kanr芽与携带表达载体质粒pBX203的根癌农杆菌菌株LBA4404共培养3d后,转入含50mg.L-1Kan的筛选培养基培养30d,15d转接1次。结果表明,在MS+5mg.L-16-BA+0.1mg.L-1IAA筛选培养基中,Kanr芽率为34.24%,在1/2MS+2mg.L-1IBA+0.5mg.L-16-BA+500mg.L-1AC筛选培养基中,15.58%Kanr芽生根。共获得再生植株32株,经PCR和Southern-blot分析证明,其中4株的基因组已成功导入和整合Cry1Ac基因。

Cry1Ba3、Cry1Ia8蛋白对Cry1Ac抗性小菜蛾的杀虫活性研究

利用2种苏云金芽胞杆菌原毒素Cry1Ba3、Cry1Ia8及其组合,分别对Cry1Ac抗性种群小菜蛾幼虫进行生物活性测定。结果表明Cry1Ba3、Cry1Ia8对2种目标试虫均有高毒力,LC50分别为0.2175、0.6706μg/mL;Cry1Ba3毒力3倍于Cry1Ia8。2种蛋白混配的结果也表现出高毒力,LC50为0.4375μg/mL,没有显著的协同增效作用,也不存在拮抗。敏感与抗性小菜蛾种群生测结果统计分析比较,结果表明这2种蛋白及其组合与Cry1Ac并无交互抗性。

Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫中肠几种酶活性的影响

为阐明Bt杀虫蛋白对次要靶标害虫粘虫Mythimna separata(Walker)(鳞翅目:夜蛾科)的生理学影响,本研究分析比较了粘虫高龄幼虫在室内取食低剂量Cry1Ac杀虫蛋白6,12,24和36h后,其体内主要的解毒酶(酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶)、保护酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)和中肠蛋白酶(总蛋白酶、强碱性类胰蛋白酶、弱碱性类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶)等活性的变化。结果表明,取食Cry1Ac杀虫蛋白后,粘虫幼虫体内相关酶活力呈现不同的变化趋势:(1)酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、过氧化物酶(POD)、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活力较对照显著降低(P<0.05);(2)超氧化物歧化酶(SOD)活力较对照显著升高(P<0.05);(3)过氧化氢酶(CAT)活力于6,12和24h显著低于对照(P<0.05),36h时显著高于对照(P<0.05)。结果提示Cry1Ac杀虫蛋白主要通过抑制粘虫幼虫中肠解毒酶和蛋白酶的活性,扰乱SOD,CAT和POD3种保护酶的动态平衡而干扰幼虫的正常生理代谢,从而起到毒杀粘虫的作用。

基因枪法获得转cry1Ac基因甘蔗的研究

根据定向克隆原则,以pGreenⅡ0229为载体骨架,cry1Ac为目的基因,bar为筛选标记基因,构建了大小为8602bp的植物表达载体pUBCG0229-cry1Ac。酶切结果表明,构建的载体pUBCG0229-cry1Ac结构完全正确。用基因枪轰击法将pUBCG0229-cry1Ac质粒DNA转化甘蔗(Saccharum Complex)品种福农95-1702和桂糖94-119的胚性愈伤组织,使用PPT(phosphinothricin)对轰击后的材料进行继代、分化和生根筛选,移栽成活后使用Basta溶液喷洒进行初步筛选,共获得86株抗性植株,通过PCR检测、Dot-Southern检测及PCR产物测序,证明已将cry1Ac基因整合到其中22株甘蔗基因组中。

转基因(Cry1Ac)抗虫棉对土壤微生物的影响

对不同种植年限的转基因(Cry1Ac)抗虫棉田土壤中主要微生物数量变化进行了测定,结果表明:(1)种植转基因抗虫棉后对土壤微生物细菌、放线菌和真菌数量的影响趋势基本相似;(2)种植抗虫棉1年后,土壤中细菌、放线菌、真菌数量将有所增加,连续4年达到高峰,然后数量开始下降,连续种植7年后,棉田微生物数量接近于种植1年的棉田;(3)种植1年后又种植非转基因棉花的棉田,土壤微生物数量低于种植1年抗虫棉的棉田,与种植非转基因棉的数量无明显差异。由此可见,种植转基因抗虫棉对土壤微生物数量有一定的影响。

Cry1Ac和sck双价抗虫基因遗传转化甘蔗的研究

将双价抗虫基因,即修饰的苏云金芽孢杆菌毒蛋白基因(Cry1Ac)和修饰的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(sck)导入甘蔗优良品种ROC22,获得潮霉素抗性转化植株95株,35株能检测到外源抗虫基因,获得的13株RT-PCR双基因均呈阳性的甘蔗植株,斑点杂交检测有4株呈阳性。结果表明:外源抗虫基因已导入甘蔗基因组中。

苏云金芽孢杆菌S1478-1分离株的特性鉴定及cry1Ac同源基因克隆

本研究对从海南岛尖峰岭热带雨林自然保护区的土壤样品中分离出的Bt菌株S1478-1进行了特性鉴定,研究表明S1478-1分离株菌落形态和生长特征和Bt参照菌株HD73极其相似。16SrDNA序列分析表明,S1478-1分离株与其它B.thuringiensis、B.cereus和B.anthracis的16SrDNA序列相似性达到99%。分离株能产菱形伴胞晶体,SDS-PAGE蛋白电泳分析表明,菌株在生长后期,形成芽孢同时分泌130kD大小的晶体蛋白。生物测定表明S1478-1分离株对小菜蛾具有很高的毒杀活性,LC50值高达5.159×108cfu/mL。初步显示S1478-1分离株可作为防治鳞翅目害虫的生物农药菌株。利用PCR-RFLP方法鉴定S1478-1分离株含有cry1Ac同源基因,以PCR粘性端克隆方法扩增全长基因,序列测定表明该基因ORF为3537bp,编码1178个氨基酸,推定的编码蛋白分子量为133.3kD,与其它cry1Ac基因序列最高达到99%同源,因此,该基因可作为杀虫工程菌及培育转基因抗虫作物的候选基因。

Cry1Ac杀虫蛋白对甜菜夜蛾飞行能力的影响

转Bt基因作物上害虫取食Bt杀虫蛋白后存活并羽化的成虫飞行能力对于其飞离Bt作物,寻找庇护所中敏感个体进行交配、产卵,从而稀释抗性基因频率,实现"高剂量/庇护所"抗性治理策略具有重要意义。本文对取食含不同浓度Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料的初羽化(未取食补充营养)甜菜夜蛾飞行能力进行了测试,结果表明,幼虫取食含25、50、100μg/g和200μg/g Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料存活并羽化的成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均差异显著(p<0.05)。取食含较低浓度Cry1Ac杀虫蛋白(25μg/g和50μg/g)的人工饲料有促进成虫飞行的倾向,尽管与取食不含Cry1Ac杀虫蛋白的对照相比,成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均未达到显著增加的水平,但强飞行个体比例明显增加。随着饲料中Cry1Ac杀虫蛋白浓度的升高,羽化的成虫飞行能力显著下降。雄蛾飞行能力下降的程度比雌蛾更加明显。这些数据为转Bt基因作物上迁飞性害虫的种群动态规律及其潜在的抗性治理策略提供了科学依据。

Cry1Fa对Cry1Ac抗性棉铃虫的毒力评价

为了防治多种鳞翅目害虫,表达Cry1Fa的转基因玉米和棉花已在美国商业化种植。明确棉铃虫Helicoverpa armigera对Cry1Fa与Cry1Ac的交互抗性及这两种杀虫蛋白之间的协同作用,可以为表达Cry1Fa+Cry1Ac的转双价抗虫棉花的合理应用提供依据。本实验测定了Cry1Fa对棉铃虫敏感品系(96S)及用Cry1Ac筛选的抗性品系(BtR,抗性倍数2194.15倍)的毒力,发现Cry1Fa对敏感棉铃虫的毒力远低于Cry1Ac,LC50值是Cry1Ac的504.80倍;而且抗性品系BtR对Cry1Fa存在19.98倍的交互抗性。Cry1Fa与Cry1Ac混用可以提高Cry1Fa毒杀敏感棉铃虫的效果,尤其是Cry1Fa浓度较低时,加入Cry1Ac,可以显著增加Cry1Fa的毒力;但只有加入较高浓度的Cry1Fa时才能增加Cry1Ac的毒力。由于BtR品系已经对Cry1Ac产生抗性,Cry1Ac对抗性棉铃虫的毒力明显降低;在较高浓度的Cry1Ac中加入Cry1Fa可以显著增加棉铃虫的死亡率(P=0.0015,F=6.88,df=6),但最高死亡率仅为58.33%。D-饱和最优试验的结果证实,Cry1Ac对于敏感棉铃虫的死亡率的影响达到显著水平(t1=13.76﹥t0.05),Cry1Ac与Cry1Fa的交互作用对毒力的影响也达到显著水平(t22=2.42﹥t0.05;t11=6.95﹥t0.05;t12=3.43﹥t0.05)。Cry1Ac和Cry1Fa对抗性棉铃虫死亡率的影响都达到显著水平(t1=3.03﹥t0.05;t2=2.59﹥t0.05),但Cry1Ac是决定抗、感棉铃虫死亡率的关键因素;Cry1Ac与Cry1Fa最佳浓度配比范围都是1.41～2.10μg/cm2;在抗性品系中,Cry1Ac和Cry1Fa的交互作用不显著。所以,尽管Cry1F+Cry1A作物扩大了杀虫谱,但棉铃虫对这两种蛋白存在交互抗性,而且这两种蛋白混用对治理抗Cry1Ac棉铃虫的效果不理想,因此不建议在中国种植表达Cry1F+Cry1A的棉花。

转Cry1Ac+Cry2Ab抗虫棉对3种害虫的存活、生长发育及中肠相关酶活性的影响

以转Cry1Ac基因棉花和常规非转基因棉花为对照,系统研究了转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花对棉铃虫、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾的存活、生长发育及中肠酶活性的影响。研究结果表明,与常规棉对照相比,转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花和转Cry1Ac基因棉花叶片对3种害虫的慢性毒性差异较大,对每种害虫的抗性程度也有一定的差异;饲喂转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花和转Cry1Ac基因棉花叶片的3种害虫幼虫生长发育进度明显缓慢、体重明显减轻,相关酶活性也有不同程度的变化,但每种酶的变化有一定的差异。

转cry1Ac＋cry2Ab基因棉对棉田节肢动物群落的影响

以Bt棉和常规棉为对照,研究了转cry1Ac+cry2Ab棉对棉田节肢动物群落的影响。研究结果表明,转cry1Ac+cry2Ab棉田、转cry1Ac棉田和常规棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成无明显差异;转cry1Ac+cry2Ab棉田刺吸类害虫、蛀食类害虫和食叶类害的数量均低于转cry1Ac棉田和常规棉田;转cry1Ac+cry2Ab棉田蜘蛛类、瓢虫类和捕食类天敌的数量均低于转cry1Ac棉田和常规棉田;转cry1Ac+cry2Ab棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的多样性指数与转cry1Ac棉田和常规棉田相比均无明显差异,说明转cry1Ac+cry2Ab棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的稳定性和转cry1Ac棉和常规棉相比均无明显差异。