殺蚊Btトキシンの小孔形成と殺虫活性－殺虫活性コントロール技術の開発に向けて－

杀蚊Bt毒素的孔隙形成与杀虫活性 - 迈向杀虫活性控制技术的发展 -

• 批准号: 22K05676
• 负责人: 早川 徹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05676/
• 关键词: 殺虫トキシン; 蚊の防除; Bacillus thuringiensis; 微生物殺虫剤; 小孔形成トキシン

ヒトや環境に優しい微生物殺虫資材、土壌細菌Bacillus thuringiensis由来のCryトキシンは、標的細胞膜上に小孔を形成するトキシンである。しかし「小孔形成」と「殺虫活性」の関連は未だ不明な点が多く、それを明らかにすることが喫緊の課題となっている。そこで本研究ではCryトキシンの膜貫入領域を標的にした変異導入解析を通してこの課題を解決しようと考えた。殺蚊Cry4Aaトキシンの膜貫入領域(α4-α5)、特にトキシン小孔内腔側を構成するα4ヘリックスの極性アミノ酸残基をグルタミン酸(E)に置換した変異体(6種)を作製した。解析の結果、変異体の殺虫活性はトキシン小孔のコンダクタンス(イオン透過性)、そしてカチオン選択性(PK/PCl値)と相関していた。特にα4ヘリックスのH178残基を置換した変異体(H178E)では、トキシン小孔のカチオン選択性が減少することで殺虫活性が大きく減少すると考えられた。H178はCry4Aa小孔のイオン透過性に直接的/間接的に関与するアミノ酸残基であり、殺虫活性を制御可能なホットスポットの一つと考えられた。殺蚊Cry46Abトキシンの膜貫入領域であるβヘアピン(β8-β9)にも同様なホットスポット(K155)が見つかっている。そこで本研究ではK155をランダムなアミノ酸残基に置換した変異体のライブラリを構築した。合計160クローンの変異体をスクリーニングした結果、16種類に変異体が得られ、中には殺虫活性が上昇した変異体も複数種見つかった。電気生理学的解析の結果、殺虫活性が上昇した変異体が形成するトキシン小孔ではカチオン選択性の上昇が観察された。本研究の結果からトキシン小孔のコンダクタンス及びカチオン選択性が殺虫活性の決定要因になりうること、これらは膜貫入領域を標的とする変異導入によって改変可能であることが明らかになった。

The environment is excellent for microbial insecticidal materials, soil bacteria Bacillus thuringiensis, and the formation of small holes in the target cell membrane. The relationship between "pore formation" and "insecticidal activity" is unclear, and the relationship between "pore formation" and "insecticidal activity" is unclear. This study is aimed at solving the problem of membrane penetration. The membrane penetration domain (α4-α5) of Cry4A_1 and the pore cavity side of Cry4A_1 are composed of α4-α4 polar acid residues, and the substitution of α 4-α 5 and α 4-α 5-α 4-αThe analytical results show that the insecticidal activity of different species is related to the permeability of small pores, the selectivity of small pores (PK/PCl) and the correlation. In particular, the substitution of the H178 residue in the α4-terminal residue (H178E) resulted in a decrease in the selectivity of the small hole and a significant decrease in insecticidal activity. H178 has a small pore permeability, a direct/indirect relationship with acid residues, and an insecticidal activity. Cry46Ab Torsion Film Penetration Field (β8-β9)(K155) In this study, we found that K155 was the most common acid residue in the gene chain. Total of 160 species were found to have higher insecticidal activity than those of 16 species. The results of electrophysiological analysis showed that the insecticidal activity increased and the selectivity increased. The results of this study show that the key factors determining insecticidal activity are pore size and membrane penetration.

项目成果

Bt菌が生産する殺蚊Cry46Abトキシンを高機能化する試み

尝试提高Bt细菌产生的Cry46Ab杀蚊毒素的功能

• 发表时间: 2022
• 作者: 早川徹;住奥きあら;宮﨑美登香;朝倉真実;井出徹
• 通讯作者: 井出徹

細胞内結晶鋳型設計を志向したBt菌由来Cry1Aaの構造解析

Bt 细菌来源的 Cry1Aa 的结构分析，用于细胞内晶体模板设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中潤子;安部聡;早川徹;上野隆史
• 通讯作者: 上野隆史