中肠结合短肽改造Bt Cry 毒素以增强对褐飞虱的毒性

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31401802
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1406.生物防治
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Transgenic Bt rice cultivars provide an ideal means to control major Lepidopteran and Coleopteran pests. However, the growth of transgenic Bt rice may potentially trigger outbreaks of hemipteran insect pests e.g. planthoppers and leafhoppers, which will compromise effective management of rice insect pests by use of transgenic Cry crops. Until now, very few Bt Cry toxins, which show toxicity to hemipteran insects, have been reported. It is believed that a low affinity to potential receptors in the midgut of hemipteran insects is most likely responsible for the poor toxicity of Bt Cry toxins. Using phage display technology, we previously identified P2S and other short peptides showing binding activity with the inner membrane of N. lugens midgut. In addition, a replacement of Cry1Ab Domain II loop2 with peptide P2S resulted in an ~11 fold increase of insecticidal activity against N. lugens nymphs. The first objective of this proposal is to determine the gut proteins that interacted with P2S, which may be putative receptors for the modified toxins. We will also screen for gut proteins that bind to other midgut binding peptides previously identified. The second objective is to further modify Cry1Ab and Cry11Aa, a Cry toxin showing low toxicity to hemipteran insect, with P2S or other gut binding peptides. Selection of peptides will be based on the determination of which gut proteins bind to the peptide. The peptides that interact with putative receptor proteins, e.g. cadherin, APN, ALP or other potential receptor proteins will be used for new toxin construction. We will either replace the functional domains of the Cry toxins with the peptides or insert the peptides as additional sequences of the functional domains to create new Cry molecules. We expect to select effective new Cry toxins that show toxicity against N. lugens. Knowledge gained from this work will contribute to better understanding of Cry toxin and N. lugens gut interaction. This work will also provide a novel approach for modifying toxins targeting specific insect pests and to expand the library of Cry toxins.
苏云金杆菌Cry蛋白是应用最广的杀虫毒素,转cry基因作物已成为防治鳞翅目及鞘翅目害虫的一种主要手段。然而Cry毒素对水稻重要害虫褐飞虱等半翅目刺吸性口器害虫不具毒性,究其原因是活化后的毒素蛋白无法与褐飞虱中肠内受体正确结合,因而导致难以应用Bt防治此类非靶标害虫。本研究在前期针对Cry1Ab毒素的改造工作基础上,对P2S及其它褐飞虱中肠结合短肽在褐飞虱中肠内的结合蛋白分子进行分析,进而了解改造Cry毒素对褐飞虱毒性作用的影响。此外,利用P2S及可能与褐飞虱中肠内Cry毒素潜在受体结合的短肽对Cry1Ab及Cry11Aa毒素决定受体识别的功能域进行改造,以期提高重构Cry毒素对褐飞虱的毒性。此工作将深入了解Cry毒素在非靶标半翅目昆虫体内的作用机制,为开发针对特定难防治的农业昆虫的新型蛋白毒素奠定理论基础。

结项摘要

转Bt杀虫基因作物已广泛应用于鳞翅目、鞘翅目害虫的防治中。然而,Bt Cry毒素对半翅目水稻褐飞虱的防治效果却十分有限。本研究计划从探究Cry毒素对褐飞虱等半翅目无效原因入手,分析了Cry1Ac,Cry3Aa及Cry4Ba蛋白在褐飞虱中肠酶作用下的稳定性及活化后的毒素蛋白与褐飞虱中肠上皮细胞膜结合的特异性,证明Cry毒素无法与中肠上皮细胞膜正确结合是造成褐飞虱对Cry毒素不敏感的重要因素。通过构建褐飞虱中肠转录组数据库,一方面利用已有褐飞虱中肠结合短肽替换Cry1A毒素受体识别域,构建改造毒素以求提升毒性作用。另一方面利用生物信息学技术筛选褐飞虱中肠内潜在Cry结合蛋白,并体外表达作为靶标蛋白筛选特异性结合短肽。利用已有短肽P3S改造Cry1A毒素后,部分重构毒素能够一定程度提升其对褐飞虱若虫的毒性作用,并对中肠上皮细胞膜造成损伤,生物测定结果显示毒性作用提升了5-10倍。为了进一步提升改造效率,增强重构毒素对褐飞虱若虫的毒性作用,计划在下一步实验中采用体外表达的褐飞虱中肠内潜在Cry毒素结合蛋白作为靶蛋白,筛选高亲合力短肽,并用这些短肽改造Cry1A毒素,以求进一步提升重构毒素对褐飞虱的毒性作用。本研究为扩展Cry毒素蛋白用于防治半翅目和同翅目害虫提供理论和应用基础,为进一步证明受体结合在Cry毒素作用机制中的重要作用提供依据,并为用分子工程手段发展新型杀虫毒素提供新的思路和方向。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Loop replacements with gut-binding peptides in Cry1Ab domain II enhanced toxicity against the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål).
Cry1Abdomain II 中肠道结合肽的环替换增强了对褐飞虱 Nilaparvata lugens(Stàl) 的毒性
  • DOI:
    10.1038/srep20106
  • 发表时间:
    2016-02-01
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shao E;Lin L;Chen C;Chen H;Zhuang H;Wu S;Sha L;Guan X;Huang Z
  • 通讯作者:
    Huang Z
Identification of Genes Relevant to Pesticides and Biology from Global Transcriptome Data of Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) Larvae.
从松墨天牛(鞘翅目:天牛科)幼虫的整体转录组数据中鉴定与农药和生物学相关的基因。
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0147855
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu S;Zhu X;Liu Z;Shao E;Rebeca CL;Guo Y;Xiong Y;Mou Y;Xu R;Hu X;Liang G;Zou S;Guan X;Zhang F
  • 通讯作者:
    Zhang F
Transcriptional profiling analysis of Spodoptera litura larvae challenged with Vip3Aa toxin and possible involvement of trypsin in the toxin activation.
用 Vip3Aa 毒素攻击的斜纹夜蛾幼虫的转录谱分析以及胰蛋白酶可能参与毒素激活。
  • DOI:
    10.1038/srep23861
  • 发表时间:
    2016-03-30
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Song F;Chen C;Wu S;Shao E;Li M;Guan X;Huang Z
  • 通讯作者:
    Huang Z
Identification of transcripts involved in digestion, detoxification and immune response from transcriptome of Empoasca vitis (Hemiptera: Cicadellidae) nymphs
从小绿叶蝉(半翅目:叶蝉科)若虫的转录组中鉴定参与消化、解毒和免疫反应的转录本。
  • DOI:
    10.1016/j.ygeno.2016.11.006
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    GENOMICS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Shao, En-si;Lin, Gui-fang;Zhang, Ling-ling
  • 通讯作者:
    Zhang, Ling-ling
Physiological and biochemical response of Aedes aegypti tolerance to Bacillus thuringiensis
埃及伊蚊对苏云金芽孢杆菌耐受的生理生化反应
  • DOI:
    10.1080/09583157.2015.1089216
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    BIOCONTROL SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Wu Songqing;Wu Wei;Zhu Xiaoli;Liu Zhaoxia;Rebeca Carballar-Lejarazu;Fu Tao;Han Chaoqiang;Shao Ensi;Pan Xiaohong;Huang Zhipeng;Xu Lei;Zou Shuangquan;Zhang Lingling;Guan Xiong
  • 通讯作者:
    Guan Xiong

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其他文献

苏云金杆菌Cry2Ab可溶蛋白的原核表达及多克隆抗体的制备
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    农业生物技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵恩斯;林莉;关雄
  • 通讯作者:
    关雄
与水稻褐飞虱中肠刷状缘膜囊泡(BBMV)相结合的活性短肽筛选
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    应用与环境生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵恩斯;庄浩瀚;关雄
  • 通讯作者:
    关雄

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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