对叶甲科害虫具有杀虫活性的Bt蛋白筛选与新基因克隆

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:danielwu
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危害最为严重的鞘翅目害虫主要为金龟总科(Scarabaeoidea)和叶甲总科(Chrysomeloidea),其中金龟总科的蛴螬被国内公认为是最难防治的地下害虫,叶甲总科的大猿叶甲(Colaphellus bowringi Baly)是为害十字花科农作物的重要害虫。来自苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringensis,Bt)的Cry8类蛋白对金龟总科害虫有较好的杀虫活性,而对于叶甲总科害虫活性鲜有报道。研究表明一些Bt全长蛋白经过蛋白酶消化后,对某些害虫产生了新的杀虫活性,成为发现新基因、新蛋白和新的杀虫活性的重要途径。本实验室前期研究发现胰凝乳蛋白酶消化的Cry8Ha1蛋白对大猿叶甲具杀虫活性。为研究蛋白酶处理对Cry8Ea1、Cry8Ga1和Cry8X三种蛋白杀虫活性的影响,本文利用胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶分别消化这三种全长蛋白,分别测定消化蛋白对叶甲科害虫大猿叶甲杀虫活性,发现了对大猿叶甲具有良好杀虫活性的Cry8Ea1消化蛋白,该多肽保持了对蛴螬的杀虫活性。同时从实验室保存的Bt菌株中克隆获得对大猿叶甲有杀虫活性的新的sip基因。主要结果如下:(1)利用胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶分别对来自Bt的Cry8Ea1、Cry8Ga1、Cry8Ha1和Cry8X蛋白进行消化。用Cry8类全长蛋白及两种酶消化后的蛋白对鞘翅目害虫大猿叶甲初孵幼虫进行生物活性测定。48小时生测结果表明:这四种Cry8类全长蛋白对大猿叶甲初孵幼虫没有明显活性;经胰蛋白酶消化的四种Cry8蛋白,只有Cry8Ea1蛋白展示了较强的杀虫活性,LC50为34.01μg/m L(95%的置信区间为26.95~40.27μg/m L),其它三种Cry8蛋白的胰蛋白酶消化产物没有显著的杀虫作用;经胰凝乳蛋白酶消化的Cry8蛋白,只有Cry8Ha1蛋白对大猿叶甲初孵幼虫具有较强的毒杀作用,LC50为35.67μg/m L(95%的置信区间为29.99~41.38μg/m L),与前人结果一致。这些结果说明:对叶甲科害虫没有活性的Cry8Ea1、Cry8Ha1全长蛋白,经过蛋白酶消化后,对大猿叶甲展示出良好的毒杀作用。(2)对Cry8Ea1消化蛋白进行了酶切位点分析,Cry8Ea1蛋白的胰蛋白酶酶切位点为Met48和Arg645,其胰凝乳蛋白酶酶切位点推测为Ser57和Ile646。前者消化产物具有杀虫活性,而后者丧失了杀虫活性,说明蛋白酶酶切位点的不同,会影响蛋白的杀虫活性。(3)胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶分别消化的四种Cry8类蛋白对鞘翅目害虫暗黑鳃金龟(Holotrichia parallela)和大黑鳃金龟(Holotrichia obeita)2日龄幼虫生物活性测定(14天)结果表明,经胰蛋白酶消化的Cry8类白对大黑鳃金龟2日龄幼虫校正死亡率普遍偏低;经胰蛋白酶消化的Cry8Ga1、Cry8Ha1和Cry8X蛋白对暗黑鳃金龟2日龄幼虫的校正死亡率分别为53.3%、56.7%和43.3%。经胰凝乳蛋白酶消化的Cry8Ea1、Cry8Ha1和Cry8X蛋白对大黑鳃金龟2日龄幼虫的校正死亡率分别为41.4%、62.0%和82.7,其中消化后的Cry8X蛋白的活性较好;经胰凝乳蛋白酶消化的Cry8Ea1、Cry8Ha1和Cry8X蛋白对暗黑鳃金龟2日龄幼虫的校正死亡率分别为50.0%、63.3%和26.7%,消化的Cry8Ha1蛋白对暗黑鳃金龟2日龄幼虫毒力较高。(4)利用实验室14株含有sip基因的Bt菌株为实验材料,克隆14个sip基因,比对14个sip基因氨基酸序列,选取六种sip基因差异较大的4A9-sip、4BZ1-sip、6A7-sip、4D18-sip、Bt185(Bt185-60)-sip和Bt185(JJX-sip02)-sip进行表达。48小时生物活性测定结果发现:4BZ1-sip、Bt T185(Bt185-60)-sip和Bt185(JJX-sip02)-sip可溶性组分蛋白对大猿叶甲初孵幼虫校正死亡率分别为:25.1%,30.7%和55.7%;4A9-sip、6A7-sip和4D18-sip蛋白的可溶性组分和不可溶性组分对大猿叶甲初孵幼虫均无杀虫活性。本研究成功筛选到对大猿叶甲初孵幼虫毒力较高的经胰蛋白酶消化的Cry8Ea1蛋白,同时也发现了Bt185(JJX-sip02)-sip基因表达的蛋白,对大猿叶甲初孵幼虫也有一定的杀虫活性。研究结果将为已知Bt蛋白新的杀虫活性发掘以及新的Bt杀虫蛋白的筛选提供了思路。为鞘翅目害虫的防治提供新的资源。
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