新型vip3A基因的克隆、表达与杀虫活性研究

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苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是一种昆虫病原微生物,它能产生多种杀虫活性物质,如芽胞期母细胞产生的杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,ICPs)和营养期分泌到胞外的营养期杀虫蛋白(Vegetative Insecticidal Proteins,VIPs)。因此Bt被广泛应用于微生物杀虫剂和转基因作物中,替代化学农药用于农业害虫防治。为寻找具有新的杀虫谱和更高毒力的新基因,人们越来越关注于Bt菌株的收集和发掘。目前,很多分子生物学技术被应用于Bt杀虫基因的鉴定,然而这些方法难以对数量庞大的Bt菌株进行基因鉴定,并且工作量大、费时费力。针对上述问题,本研究建立一种新的研究方法,可用于高通量快速高效的菌株分离鉴定工作,为新基因发掘和鉴定提供保障。克隆到15个vip3A新基因。首先构建了2000株Bt野生菌株的混合基因组,设计三条简并引物,通过PCR方法成功扩增到2400bp左右的全长vip3A基因。PCR-RFLP的方法筛选500个阳性转化子,依据酶切图谱将288个方向正确的阳性克隆分为6种类型。通过测序与序列比对,获得15个vip3A新基因,这些基因序列已经提交GenBank登录,由国际命名委员会正式命名:vip3Aa52、vip3Aa53、vip3Ad3、vip3Ad4、vip3Ag7、vip3Ag8、vip3Ag9、vip3Ag10、vip3Ag11、vip3Ag12、vip3Ag13、vip3Ag14、vip3Ag15、vip3Aj1和vip3Aj2,其中vip3Aj基因为新发现的第三等级的模式基因。发现对东方粘虫具有活性的Vip3Ag8蛋白。首先将含有15个vip3A新基因的pEB表达载体在大肠杆菌Rosetta中诱导表达,SDS-PAGE检测Vip3A蛋白表达目的条带88kDa左右。通过对亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)、棉铃虫(Helicoverpa armigera)、小菜蛾(Plutella xylostella)、小地老虎(Agrotis ipsilon)、东方粘虫(Pseudaletia separata)和甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)的生物活性测定,只有Vip3Ag8蛋白对东方粘虫表现出杀虫活性,其校正死亡率为54.68%,而其它蛋白对所有试虫均没有活性。通过序列比对推测Vip3Ag8蛋白中存在少数氨基酸(155Val和176Met)的差异,从而影响其杀虫活性。首次在中国发现对东方粘虫具有活性的Vip3Ag蛋白,为后续分子设计提高毒力工作奠定基础,增加其田间应用的可能性。此外,确定Vip3A活化蛋白起始位点为第39位氨基酸。针对Vip3A蛋白作用核心区域尚不明确这一现状,本研究以Vip3Aa11蛋白为研究对象,确定其纯化和活化的优化条件。经胰蛋白酶处理Vip3Aa粗提蛋白和纯蛋白,形成抗胰蛋白酶的核心区。通过甜菜夜蛾生物活性测定,发现活化后的Vip3A粗提蛋白的杀虫活性显著提高,但是经过亲和层析后的纯蛋白,与粗提蛋白相比杀虫活性明显降低;活化的纯蛋白比未活化的纯蛋白的杀虫活性略有降低,但依然具有体重抑制作用。通过N端测序、肽指纹图谱分析Vip3Aa蛋白核心功能区,推断其N端的起始位点为第39位氨基酸。Vip3Aa11蛋白活性区域的分析,为进一步研究Vip3A蛋白的作用机制提供理论基础。
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