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随着生物科学的发展,苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)杀虫蛋白已广泛用于农业害虫的防治。但是由于Bt蛋白杀虫谱较窄,加之近年来害虫抗性问题的产生,严重影响Bt应用和发展。为了更好的抵抗害虫抗性的产生,通过构建Bt融合蛋白,来扩大杀虫谱,提高杀虫毒力。
已有研究发现:(1)晶体蛋白Cry1Ac与Vip3Aa18蛋白具有不同的杀虫谱。Cry1Ac蛋白对棉铃虫(Heliothis armigera)最具杀虫毒力,Vip3Aa18蛋白对甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)最具杀虫毒力。而Cry1Ac蛋白对甜菜夜蛾(Spodoptera exigua),Vip3Aa18对棉铃虫(Heliothisarmigera)均毒力较差。(2)二者具有不同的杀虫机理。Vip3Aa蛋白与Cry晶体蛋白所结合的特异性受体及造成穿孔的具体机制不同。因此,通过基因重组技术,构建Cry1Ac-Vip3Aa18融合蛋白,期望该融合蛋白能够兼具二者杀虫毒力,扩大杀虫谱,减缓害虫抗性发生。
本实验,采用pET-28a(+)作为表达载体,通过NdeⅠ和BamHⅠ酶切位点将编码Cry1Ac三结构域核心片段的基因cry1AcT连接到本实验室保存的质粒pET-28a(+)-vip成功构建pET-28a(+)-cy1AcT-vip质粒。转入大肠杆菌BL21-pLysS菌株诱导表达,通过western blotting确定分子量大小155kDa的蛋白为融合蛋白Cry1AcT-Vip3A。用同样的方法将α-1螺旋缺失的Cry1Ac三结构域片段和Vip3A全长蛋白构建成融合蛋白Cry1AcM-Vip3A,对融合蛋白毒力特性进行研究。
通过配体印记(ligand blotting)验证融合蛋白Cry1AcT-Vip3A与棉铃虫BBMV和甜菜夜蛾BBMV均具有很好的结合能力,并且融合蛋白与甜菜夜蛾BBMV结合片段大小与Vip3Aa18一致,与棉铃虫BBMV结合片段大小与Cry1Ac一致。因此推测:融合蛋白在昆虫中肠内被酶解成Cry1AcT和Vip3Aa18,两种蛋白各自发挥其杀虫活性。
以vip3A蛋白和Cry1Ac蛋白作为对照,采用本实验室人工饲养的农业害虫甜菜夜蛾、棉铃虫的初孵幼虫,对两个融合蛋白进行杀虫生物活性测定。结果显示,Vip3A蛋白对甜菜夜蛾的半致死浓度(LC50)为20.4ng/cm2,对棉铃虫的半致死浓度(LC50)为500ng/cm2以上;Cry1Ac蛋白对甜菜夜蛾的半致死浓度(LC50)为500ng/cm2以上,对棉铃虫的半致死浓度(LC50)为6.0ng/cm2;而融合蛋白Cry1AcT-Vip3A对甜菜夜蛾的半致死浓度为19.3ng/cm2,对棉铃虫为7.7ng/cm2。说明该融合蛋白同时具备了Vip3A和Cry1Ac蛋白的杀虫毒力,能够同时对两种害虫具有高效杀虫活性,扩大了杀虫谱。然而,α-1螺旋缺失的融合蛋白Cry1AcM-Vip对敏感昆虫甜菜夜蛾、棉铃虫的半致死浓度分别为162ng/cm2,621ng/cm2,对敏感昆虫毒力降低,其对抗性昆虫的毒力需要进一步的生测验证。