CN102392029A - 改造的mcry2Ab4基因及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及“改造的mcry2Ab4基因及其应用”，属于生物防治技术领域。改造的mcry2Ab4基因，编码具有SEQ ID NO4所示氨基酸序列的蛋白，其核苷酸序列如SEQ ID NO3所示。本发明通过调整cry2Ab4基因的核苷酸组成，使其接近植物基因的密码子频率而不改变编码的氨基酸序列，并将改造基因组合得以在植物中表达，从而获得对鳞翅目害虫的抗性。

Description

改造的mcry2Ab4基因及其应用

本申请是专利申请号为“2009102420406”发明名称为“改造的Bt基因mvip3Aa11、mcry2Ab4、其基因组合及应用”的分案申请。

技术领域

本发明属于生物防治技术领域，特别是涉及对鳞翅目害虫表达高毒力蛋白的基因组合、人工合成的序列及其应用。

背景技术

虫害是造成农业生产损失的重要因素之一。据统计，虫害每年给农业生产造成的直接经济损失高达15％。化学杀虫剂曾对虫害防治、稳定农业生产做出过重要贡献。随着人们对化学杀虫剂环境危害的认识、环保意识的日益加强，为了实现农业可持续发展，全球都在积极探索新的害虫防治途径。

苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)是一种广泛分布于土壤中的革兰氏阳性细菌，它在芽胞形成期产生的杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins，ICPs)是Bt杀虫的主要活性成分，ICPs通过作用于昆虫中肠而导致昆虫死亡(Hofte H.Microbiology Review，1989，53：242-255；Agaisse H.Journal of Bacteriol.，1995，177，6027-6032)。由于ICPs对鳞翅目(Lepidoptera)、鞘翅目(Coleoptera)、双翅目(Diptera)、膜翅目(Hymenoptera)等多种重要的农林业害虫均具有毒杀作用，目前Bt已经成为研究最为深入、应用最广的杀虫微生物(SchnepfN.Microbiol and Molecular Biology，1998，62(3)：775～806)。而转Bt杀虫晶体蛋白基因抗虫植物成功商业化已经有12年，获得了巨大的社会、经济和生态效益(Clive James，ISAAA 2008，Briefs 39，Global Status of Commercialized Biotech/GM Crop)。

但是，在实际应用中，第一代转基因作物如抗虫棉、抗虫玉米等，由于单一的使用cry1类基因(cry1Ab，cry1Ac)，害虫在田间对cry1A基因的抗性频率和抗性风险随着产业化的面积和时间增加而呈现不断上升的趋势(李国平，中国农业大学博士学位论文，2006)。因此，寻找与Cry1类(Cry1Ab，Cry1Ac)具有不同受体的杀虫蛋白和杀虫蛋白的组合，对克服和延缓害虫抗性产生具有极其重要的理论意义和实用价值。

Cry2A类的蛋白是一类杀虫谱较广的杀虫蛋白，对鳞翅目、双翅目具有较好的杀虫活性，李长友等研究发现Cry2Ab4毒素对重要的农业害虫-棉铃虫(Helicoverpa armigera)、大豆食心虫(Leguminivoraglycinivorella)具有高毒力，同时对水稻二化螟(Chilo suppressalis)和小菜蛾(Plutella xylostella)也有很好的防效(李长友等，生物工程学报，2007，23(4)：634-638)。Liang和Dean(1994，引用信息补充完整)通过蛋白与BBMV结合实验表明Cry2A类蛋白与Cry1A类蛋白具有不同的结合位点，即这两类蛋白在与害虫的中肠结合上没有竞争，害虫对这两种蛋白不容易产生交互抗性(Liang et al.MolecularMicrobiology，1994，13(4)：569～575)。这一研究结果很快就体现在Monsanto公司的第2代抗虫棉中(PerlakFJ，Plant Journal.2001；27(6)：489-501。Adamczyk JJ，J Econ Entomol.2001，94(6)：1589-1593)。1996年和1998年Estruch(Estruch JJ，Proc Natl Acad Sci U S A.1996，93(11)：5389～5394)和Warren(WarrenGW，World Intellectual Property Organization Patent WO 1998/5，849～870)等人分别从B.thuringiensis菌株AB88和B.cereus菌株AB78的上清液中发现了在营养期分泌的新型杀虫毒蛋白，即营养期杀虫蛋白(Vegetative Insecticidal Proteins，VIPs)。VIPs主要分为VIP1、VIP2和VIP3三种。目前，Bt蛋白命名委员会提出按照Bt Cry毒蛋白的分类命名方法(Crickmore Neil，http://www.lifesci.sussex.ac.uk/home/Neil Crickmore/Bt/vip.html)，将所有的Vip蛋白和类Vip毒素蛋白分为三个种，八个亚种。Vip3A对鳞翅目昆虫，如草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)、甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)、烟芽夜蛾(Heliothis virescens)等具有广泛的杀虫活性(Estruch JJ，Proc Natl Acad Sci U S A.1996，93(11)：5389～5394)，对小地老虎(Agrotis ypsilon)的毒性比Cry1Ac高260倍(Estruch JJ，et al.WorldIntellectual Property Organization Patent WO 2000/6：107～279)。Donovan等人的研究发现表明Vip3A蛋白不但是对甜菜夜蛾杀虫活性的重要组成部分，而且与Cry1类蛋白有协同增效作用，能提高苏云金芽胞杆菌的杀虫效果(Donovan WP，J Invertebr Pathol.2001，78(1)：45-51)。VIPs的杀虫作用机理不同与已知的Cry蛋白(Yu，Appl.and Environ.Microbiol.1997，63(2)：532～536)。进一步的研究表明，Vip3A与Cry1类蛋白在部分重要的鳞翅目的农业害虫中的受体不同，显示Vip3A具有不同于晶体蛋白的杀虫模式(Lee，Appl.andEnviron.Microbiol.2003，69(8)：4648-4657)。

随着抗虫棉等转基因植物的产业化，害虫在田间产生抗性的风险不断增加，2003年和2005年，Zhao JZ等人分别发表文章指出基因叠加(Gene stacking and pyramided)策略是克服和延缓害虫对转基因抗虫植物产生抗性的有效手段(Zhao JZ，et al.Nature Biotechnology，2003，21(12)：1493-1497；Proc.Natl.Acad.Sci.USA.2005，102(24)：8426-8430)。随后Monsanto公司研制出Cry1Ac与Cry2Ab2组合的抗虫棉Bollgard II，Syngenta公司推出了Vip3A与Cry1Ab组合的抗虫棉(Kurtz RW，J Invertebr Pathol.2007，95(3)：227-230)。

1987年，国际上开始研究构建转Bt杀虫基因植物，Vaeck等(Vaeck et al.，Nature，1987，328：33-37)、Barton等(Barton et al.，Plant Physiol，198785：1103-1109)、Fischoff等(Fischoff et al.，Bio/Tehnology，1987，5：807-813)分别获得了转Bt杀虫基因植物。但这些早期获得的的转Bt基因植株的抗虫性都很弱，难以检测出mRNA的转录，蛋白质表达量很低。造成Bt基因在植物中表达量低的原因有许多：例如，1.野生Bt基因中富含AZ序列，在植物中表达的mRNA不稳定；2.野生Bt基因中可能存在真核基因的内含子切割位点、转录终止信号序列，造成转录本不完整或转录本的异常加工；3、微生物与植物在翻译中对密码子的使用频率上有很大差异，使翻译效率降低；4、真核基因的5’-UTR序列与原核基因有很大的不同，以及真核基因的3’端需要加尾识别信号序列。因此，要使得Bt基因在转基因植物中高效表达，必须对野生Bt基因进行有效的改造。

1990年Adang等根据双子叶植物基因特点，改造了原始cry基因的CG/AT比例、密码子使用频率，删除所有认为可能影响Bt基因在植物中表达的AATGAA等序列，合成了一个新Bt杀虫基因：新基因与原基因的相似性为85％，C+G含量提高到正常植物基因的水平(～45％)。经过改造后，cry基因在植物中的表达量大幅度提高(Adang et al，EP03594721990)。1991年，Perlak等人对cry1Ab基因进行的改造和人工合成，也获得了cry基因在植物中表达量有了较大的提高(Perlak et al.，PNAS USA，1991，88：3324-3328)。

发明内容

本发明提供一种vip3Aa11和cry2Ab4的基因组合，其对鳞翅目害虫的杀灭具有增效作用。

同时为适应转基因植物的需要，本发明还提供有改造的mvip3Aa11和mcry2Ab4基因。

改造的mcry2Ab4基因，编码具有SEQ ID NO.4所示氨基酸序列的蛋白，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

含有改造的mcry2Ab4基因的重组质粒。

上述重组质粒为pET-2Ab4。

上述重组质粒为pCAMIA-S2AbN。

重组质粒在转基因植物或微生物中的应用，使其获得抗虫特性。

改造的mvip3Aa11基因，编码具有SEQ ID NO.2所示氨基酸序列的蛋白，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

含有改造的mvip3Aa11基因的重组质粒。

上述重组质粒为pET-vip3Aa11。

重组质粒pET-vip3Aa11在转基因微生物中的应用，使其表达抗虫蛋白的特性。

一种重组质粒，含有表达Cry2Ab4蛋白的基因和表达Vip3Aa11蛋白的基因。

所述重组质粒中含有mvip3Aa11基因和mcry2Ab4基因。

所述重组质粒为pCS2AbVIP3N。

Cry2Ab4蛋白与Vip3Aa11蛋白组合在抗鳞翅目害虫中的应用。

所述应用是将Cry2Ab4蛋白与Vip3Aa11蛋白制成杀虫剂杀灭鳞翅目害虫。

所述应用是将表达Cry2Ab4蛋白的基因和表达Vip3Aa11蛋白的基因转入同一植物或微生物中，使其表现抗鳞翅目害虫的特性。

所述表达Vip3Aa11蛋白的基因的核苷酸序列为SEQ ID NO.5；所述表达Cry2Ab4蛋白的基因的核苷酸序列为SEQ ID NO.6。

所述表达Cry2Ab4蛋白的基因为改造基因mcry2Ab4，所述表达Vip3Aa11蛋白的基因为改造基因mvip3Aa11。

所述应用是将改造基因mcry2Ab4转入一植物中，将改造基因mvip3Aa11转入另一植物中，两种植物杂交，得到转有改造基因mcry2Ab4和改造基因mvip3Aa11的杂交植物。

所述应用是将含有改造基因mcry2Ab4和改造基因mvip3Aa11的质粒转入同一植物中。

所述质粒为pCS2AbVIP3N。

我们实验室分别克隆了vip3Aa11基因(高技术通讯，2004，第9期，39-42)和cry2Ab4基因(生物工程学报，2007，23卷4期，634-638)，发现了两者组合对鳞翅目害虫的增效作用，特别是对棉铃虫抗Cry1Ac种群等害虫具有良好的防效。

分析比对棉花等植物偏爱的密码子，在保持原Vip3Aa11和Cry2Ab4杀虫蛋白的氨基酸组成不变的情况下，用棉花等植物基因偏爱的密码子替换vip3Aa11和cry2Ab4基因对应的不稳定密码子，通过替换获得优化密码子，完成vip3Aa11和cry2Ab4基因DNA序列优化改造得到新的mvip3Aa11和mcry2Ab4优化基因。

在大肠杆菌中表达新的mvip3Aa11和mcry2Ab4优化基因，进行Vip3Aa11和Cry2Ab4蛋白纯化，对这两种蛋白分别进行单独、以及组合杀虫活性测定，通过计算LC₅₀和两种蛋白的协同增效系数，明确优化基因的功能。

构建用于转化棉花的植物表达载体，一个植物表达盒包括组成型表达启动子CaMV35S(来源于花椰菜花叶病毒基因启动子，是一段DNA序列，可以驱动所连接的基因片段进行转录，进而翻译成蛋白质，组成型表达的启动子可以调控基因在生长发育的任何阶段和任何组织都有表达)、改造的cry2Ab4基因、NOS终止子(来源于花椰菜花叶病毒Nopaline(NOS)基因的终止子，一段DNA序列，含有基因表达的终止信号)，另一个植物表达盒包括组成型表达启动子CaMV35S、改造的vip3Aa11基因、NOS终止子。可以将两个表达盒分别构建两个植物表达载体，由获得的单价转化植株通过杂交方法获得转双基因棉花；也可以将两个表达盒置于同一个植物表达载体中，转化棉花，获得双价转基因棉花(本发明实施例采用后一种方法)。

取两管200μl农杆菌LBA4404的感受态细胞，分别加入1μg质粒DNA，液氮中速冻1分钟，37℃恢复培养5分钟，加入1ml YEB液体培养基，28℃慢速振荡(＜100rpm)4小时，1,000rpm离心30秒种，弃上清，加入100μl YEB液体培养基重悬细胞，涂布于含有卡那霉素100μg/ml和链霉素125μg/ml的YEB培养基的平板上，28℃培养48小时。将YEB抗性培养基平板上的克隆，摇菌，提取质粒，应用PCR方法检测阳性克隆。将含有mcry2Ab4基因和mvip3Aa11基因质粒的农杆菌克隆接种于含有卡那霉素和利福平的YEP液体培养基中，28℃振荡培养至OD₆₀₀为0.8-1.0，1/50接种于MS盐(pH7.0)中；切取棉花幼苗下胚轴作为转化外植体，将下胚轴浸于农杆菌菌液5-10分钟；取出棉花下胚轴，用灭菌滤纸吸干菌液，放置到铺有一层滤纸的共培养基中，28℃共培养48h，将转化外植体转移至愈伤诱导培养基上培养大约2周后，将在诱导培养基上产生愈伤组织，待愈伤组织长到直径约2cm时，分别切取下胚轴切断两端产生的愈伤组织，转到分化培养基上进行继代和诱导分化，15-20d继代一次直到成苗为止。选取七叶期转基因棉花的第二、第三、第四片叶子作为生测对象。将脱脂棉球把叶柄包裹，置于放有灭过菌滤纸的平皿中，并滴加dd H2O 500μl于棉球上，初孵棉铃虫11头接于每片叶片上；将平皿放于铺有湿纱布的筐中，并将四周盖上湿纱布，置于28℃培养室中；三天后观察结果。实验结果表明，在植物中转入mvip3Aa11和mcry2Ab4基因，使其表达苏云金芽孢杆菌Vip3Aa11、Cry2Ab4蛋白，获得对害虫具有高毒力的新型转基因植株。Vip3Aa11、Cry2Ab4两种蛋白对害虫的抗虫性比单独表达Vip3Aa11或Cry2Ab4蛋白的杀虫作用强，具有显著的协同增效作用。具有这样的基因组合的植物不仅对普通鳞翅目害虫有良好的毒杀防治效果，更为重要的是它对抗性害虫(抗Cry1A毒素的害虫品系)具有同样强的毒杀作用，与Cry1A类蛋白没有交互抗性，能有效防止和毒杀对抗性害虫品系(抗Cry1A毒素的害虫品系)，从而能有效克服和延缓害虫抗性的产生。这是第一代转基因抗虫植物所无法比拟的优势。

本发明涉及对鳞翅目害虫高毒力的Bt cry2Ab4基因和vip3A11基因组合。通过对Bt cry2Ab4基因和vip3Aa11基因的人工改造，并将两个基因组合使其更适于在植物中表达，将两个基因构建植物表达载体，转化农作物。双价基因的使用，具有显著的增效作用，而且同时对Cry1A等抗性害虫具有很强毒杀作用，可以极大地提高农作物抗鳞翅目害虫的能力，并且将有效地克服或延缓害虫对转基因植物抗药性的产生。

附图说明：

图1重组表达质粒pET-2Ab限制酶切分析

其中，M：1kb DNALadder(12216，11198，10180，9162，8144，7126，6108，5090，4072，3054，2036，1636，1018，517，506bps)，1：L2Ab5/L2Ab3 amplified product，2：pET-m2Ab/BamHI+/EcoRI，3：pET-21b/BamHI+EcoRI；

图2mcry2Ab4在大肠杆菌中表达产物的SDS-PAGE检测

其中，M.高分子量标准蛋白(212，116，97，66，40kDa)，1.B-Pr-88(阳性对照)，2.Cry2Ab4(-pET-m2Ab4)，3.BL21(pET-21b)；

图3重组表达质粒pET-Vip3Aa11的酶切与PCR扩增鉴定

其中，1：λ/Eco130 I marker；2：pET-mVip3A/BamH I and Sal I；3：PCR product of vip3A gene；

图4mvip3Aa11在大肠杆菌中表达产物的SDS-PAGE检测

其中，1：蛋白Marker(212，116，97，66，40kDa)，2：Vip3Aa11(pET-mvip3Aa11)3：CK(BL21)

图5Vip3Aa11蛋白的亲和层析纯化结果

其中，1：蛋白Marker(212，116，97，66，40kDa)，

2：纯化后Vip3Aa11(pET-mvip3Aa11)蛋白，3：纯化前Vip3Aa11(pET-mvip3Aa11)蛋白

图6双价基因表达载体pCS2AbVIP3N质粒构建图

图7转双价基因棉花对棉铃虫的抗虫性检测结果

其中，左图为转基因棉花叶片；右图为非转基因棉花叶片

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：设计合成新的vip3Aa11和cry2Ab4基因(DNA)序列及其制备方法。

(1)找出棉花等植物偏爱的密码子，在保持原Vip3Aa11和Cry2Ab4杀虫蛋白的氨基酸组成不变的情况下，用植物基因偏爱的密码子替换vip3Aa11和cry2Ab4基因对应的密码子，初步获得改造的DNA序列。

(2)排除DNA序列中存在的造成植物基因转录本不稳定的富含AT序列以及常用限制性内切酶位点，然后通过置换密码子的方法进行改正消除。

(3)利用计算机软件(DNAman)分析，通过置换密码子的方法排除基因内存在大的反向重复序列。

(4)在序列两端加上进一步克隆需要的限制性内切酶识别位点序列。

(5)确定mvip3Aa11基因如序列表SEQ ID NO：1所示的编码序列。

(6)确定mcry2Ab4基因如序列表SEQ ID NO：3所示的编码序列。

(7)化学合成如序列表SEQ ID NO：1和SEQ ID NO：3所示的序列。

A.分析vip3Aa11和cry2Ab4基因的原始核苷酸编码序列，从中可以发现，vip3Aa11、cry2Ab4基因与植物基因在密码子的使用上有较大差异，主要表现在：vip3Aa11或cry2Ab4基因对第三位摇摆碱基为A或T的密码子有偏爱性，而植物基因密码子的第三位摇摆碱基偏爱使用G或C。

依据分析结果，采用植物基因的偏爱性密码子置换原始vip3Aa11和cry2Ab4的对应密码子，消除vip3Aa11和cry2Ab4基因中ATTTA、AATGAA等富含AT序列和不明确的内含子序列，以及排除基因中存在的大的反向重复序列和常用限制性内切酶识别位点序列；在得到的序列两端加上构建植物表达载体需要的限制性内切酶识别的序列，设计出目标合成的mvip3Aa11(SEQ ID NO.1)和mcry2Ab4(SEQ ID NO.3)。

B.对合成新的vip3Aa11和cry2Ab4基因与原始基因的比较

密码子的使用情况的比较：

利用计算机分析软件分别分析计算出vip3Aa11与mvip3Aa11的密码子使用情况，并进行比较，结果显示新设计合成的mvip3Aa11的密码子使用情况与植物基因的频率相似(结果见表1)，有利于新基因在植物中的表达。

表1vip3Aa11与mvip3Aa11的密码子使用情况与植物基因密码子使用频率比较

利用计算机分析软件分别分析计算出cry2Ab4与mcry2Ab4的密码子使用情况，并进行比较，结果显示新设计合成的mcry2Ab4的密码子使用情况与植物基因的频率相似(结果见表2)，有利于新基因在植物中的表达。

表2cry2Ab4与mcry2Ab4的密码子使用情况与植物基因密码子使用频率比较

基因GC含量的比较：

利用计算机分析软件分别分析计算出vip3Aa11与mvip3Aa11基因的GC含量(结果见表3)，结果显示，新合成基因的GC含量与植物基因接近，有利于新合成基因在植物中表达。

利用计算机分析软件分别分析计算出cry2Ab4与mcry2Ab4基因的GC含量(结果见表3)，结果显示，新合成基因的GC含量与植物基因接近，有利于新合成基因在植物中表达。

表3原基因与新合成基因的GC含量与相似性比较

C.人工合成mvip3Aa11基因并连接到载体pUC18上获得质粒pUCMVIP；人工合成mcry2Ab4基因并连接到载体pUC18上获得质粒pUCCRY2AB。基因人工合成由上海生工完成。

以下对核苷酸序列表进行说明：

序列表SEQ ID NO.1是合成的mvip3Aa11基因序列，其中1-20限制性内切酶识别位点序列，用于转基因载体的构建；其中21-2414设计的新的编码Vip3Aa11蛋白的DNA序列；其中2415-2441是限制性内切酶识别位点序列，用于转基因载体的构建。

序列表SEQ ID NO.2合成的mvip3Aa11基因编码的氨基酸序列。

序列表SEQ ID NO.3是合成的mcry2Ab4基因序列，其中1-20限制性内切酶识别位点序列，用于转基因载体的构建；其中21-1946设计的新的编码Cry2Ab4蛋白的DNA序列；其中1947-1973是限制性内切酶识别位点序列，用于转基因载体的构建。

序列表SEQ ID NO.4合成的mcry2Ab4基因编码的氨基酸序列。

实施例2：优化的新基因mvip3Aa11、mcry2Ab4在大肠杆菌中表达、纯化和杀虫活性验证

1)表达纯化Cry2Ab4：

分析mcry2Ab4基因序列，根据大肠杆菌T7表达载体pET21b克隆位点设计了一对引物，并在两条引物上分别引入BamHI和EcoRI酶切位点。利用引物对(2abup：CGC GGATCCGATGAATAGTGTATTGAATAGC/2abdown CCG GAATTC AAACTTTAATAAAGTGGTG)扩增mcry2Ab4基因，模板是pUCCRY2AB。扩增按照以下参数进行：94℃预变性3min；94℃变性1min；53℃退火1min；72℃延伸3min，32个循环；最后72℃延伸10min。聚合酶为PFU聚合酶。

扩增得到cry2Ab4全长基因，BamHI和EcoRI双酶切PCR产物和载体pET-21b，回收后连接转化JM110，酶切检测筛选含cry2Ab4基因的转化子，命名为pET-2Ab4。pET-2Ab4质粒酶切电泳检测见图1。将重组表达质粒pET-2Ab4转化大肠杆菌BL21(DE3)，IPTG诱导，镍亲合纯化得到Cry2Ab4蛋白，SDS-PAGE检测见图2，mcry2Ab4基因表达产物为70kDa的蛋白。

2)表达纯化Vip3Aa11：

利用引物对(vipup：GGAATTCCATATGAACAAGAATAATACTAAATTAAGC/vipdownACGCGTCGACTACTTAATAGAGACATCGTAAAAATG)扩增mvip3Aa11基因，模板是pUCMVIP。扩增按照以下参数进行：94℃预变性3min；94℃变性1min；56℃退火1min；72℃延伸3min，32个循环；最后72℃延伸10min。聚合酶为PFU聚合酶。扩增得到mvip3Aa11全长基因，NdeI和SalI双酶切PCR产物和载体pET-21b，回收后连接转化JM110，酶切检测筛选含mvip3Aa11基因的转化子，命名为pET-vip3Aa11。pET-vip3Aa11质粒酶切电泳检测见图3。将重组表达质粒pET-vip3Aa11转化大肠杆菌BL21(DE3)，IPTG诱导，镍亲合纯化得到Vip3Aa11蛋白，SDS-PAGE检测见图4和5，mvip3Aa11基因表达产物为80kDa的蛋白。

实施例3：Vip3Aa11和Cry2Ab4蛋白杀虫活性验证与协同增效分析：

通过将在大肠杆菌中表达纯化的Vip3Aa11和Cry2Ab4蛋白进行各自单独杀虫活性测定，以及1∶1组合使用活性测定，进而计算两个蛋白的协同增效系数。结果显示两个蛋白联合使用、单独使用对棉铃虫敏感品系96S与抗性品系BtR都有显著的杀虫作用。在以死亡率为评价标准的结果中(表4，显示了死亡率测定方法协同增效的结果)，蛋白组合对敏感和抗性种群的协同增效值分别为117.44％和199.82，协同增效作用显著。而在以体重抑制率为评价标准的结果中(表5，显示了体重抑制法测定协同增效的结果)，蛋白组合对敏感种群的协同增效值高达533.56％，表现出极强的协同增效效果。

表4Cry2A蛋白、Vip及混用对棉铃虫抗、感品系的毒力效果(死亡率)

蛋白	品系	斜率±SE	LC50(μg/ml)(95％FL)	比值(抗/感)*	共毒系数
						Vip3Aa11	96S	0.67±0.12	104.21(57.70-262.70)	1.00
Cry2Ab4	96S	1.14±0.12	10.49(3.25-24.27)	1.00
						Vip3Aa11+Cry2Ab4	96S	1.69±0.27	16.23(7.68-34.52)	1.00	117.44
						Vip3Aa11	BtR	0.83±0.14	151.41(52.35-3893.28)	1.45
Cry2Ab4	BtR	0.58±0.07	5.53(2.29-12.09)	0.53
						Vip3Aa11+Cry2Ab4	BtR	1.37±0.12	5.34(2.91-8.81)	0.33	199.82

^*表示同一蛋白对棉铃虫抗性、敏感品系毒力效果的比较；

96S为敏感棉铃虫品系，BtR为抗Cry1A蛋白棉铃虫品系。

表5Cry2A蛋白、Vip及混用对棉铃虫抗、感品系的毒力效果(体重抑制)

蛋白	品系	斜率±SE	WLC50(μg/ml)(95％	比值(抗/	共毒系
						Vip3Aa11	96S	0.43±0.05	0.11(0.012-0.34)	1.00
Cry2Ab4	96S	0.42±0.06	0.0062(0.00055-0.023)	1.00
						Vip3Aa11+Cry2Ab4	96S	0.48±0.08	0.0022(0.0001-0.01)	1.00	533.56
						Vip3Aa11	BtR	0.74±0.06	0.64(0.39-0.95)	5.82
Cry2Ab4	BtR	0.40±0.09	0.00088(0.000-0.0075)	0.14
						Vip3Aa11+Cry2Ab4	BtR	0.57±0.08	0.026(0.0022-0.080)	11.82	6.76

^*表示同一蛋白对棉铃虫抗性、敏感品系毒力效果的比较；

96S为敏感棉铃虫品系，BtR为抗Cry1A蛋白棉铃虫品系。

实施例4、转化棉花植物表达载体的构建

用XbaI和SacI酶切质粒pTeasy-mcry2Ab(按常规方法构建得到，内含有改造的cry2Ab基因)回收2.0kb片段，用同样的内切酶酶切质粒pUC19-SGN(中国农业科学院生物技术研究所农业微生物基因工程实验室保存，可以对公众发放)，回收4.2kb片段，连接，构建完成质粒pUC19-S2AbN。质粒pUC19-S2AbN的结构描述如下：质粒骨架为pUC19(该质粒为常用质粒，可在多家生物公司购买到)，多克隆位点中连有启动子序列为来自花椰菜花叶病毒的CaMV35S启动子(是一段DNA序列，可以驱动所连接的基因片段进行转录，进而翻译成蛋白质，组成型表达的启动子可以调控基因在生长发育的任何阶段和任何组织都有表达)，改造的Bt cry2Ab基因和NOS终止子，该质粒可以在植物中表达外源基因。用于驱动基因表达的启动子并不限于来源于花椰菜花叶病毒的CaMV35S启动子。用HindIII和EcoR I酶切质粒pUC19-S2AbN，回收3.2Kb的片段，用同样的内切酶酶切质粒pCAMBIA2300(该质粒为常用质粒，CAMBIA机构可以提供)，连接，构建获得双元载体pCAMIA-S2AbN。

用XbaI和SacI酶切质粒pTeasy-mvip3A(按常规方法构建得到，内含有改造的vip3Aa11基因)回收2.4kb片段，用同样的内切酶酶切质粒pUC19-SGN回收4.2Kb片段，连接，构建完成质粒pUC19-SVIP3N。用HindIII和EcoR I酶切质粒pUC19-SVIP3N，回收3.6Kb片段，用Klenow酶补平两端，用EcoRI酶切pCAMIA-S2AbN，用Klenow酶补平，连接，获得质粒pCS2AbVIP3N，该质粒含有基因组合cry2Ab4基因和vip3Aa11基因，质粒构建图谱见附图6。

实施例5、农杆菌转化棉花

棉花种子用浓硫酸脱绒，再用自来水洗去种子表面的硫酸，晾干。在超净台中用70％的乙醇对种子进行表面预消毒1min，倒去乙醇，用无菌水冲洗2-3次。接着用10-30％的过氧化氢浸泡4-5h，无菌水冲洗3-4次。然后在28-30℃无菌水浸泡18-24h至露白，在无菌条件下剥去种皮，接种在苗培养基上。培养温度为28℃，光照度2000lx，光照时间16h/d。种子萌发4d后，暗培养2d，所得无菌苗在超净台上去子叶，用手术刀从幼苗上切取下胚轴，截成0.5-1.0cm的切段作为外植体。

用MS盐将用于转化的菌液稀释至107-8个菌体/ml，将外植体浸入其中5-10rnin，然后用滤纸吸干，将其接种到MS培养基上共培养48h，再将其接种到愈伤诱导培养基上，进行诱导和筛选抗性愈伤组织。在愈伤诱导培养基上培养大约2周后，在诱导培养基上产生愈伤组织，待愈伤组织长到直径约2cm时，分别切取下胚轴切断两端产生的愈伤组织，转到分化培养基上进行继代和诱导分化，20-30d继代一次。继续培养，选择黄(绿)色、疏松、泥状的胚性愈伤组织到分化培养基上培养，15-20d继代一次到成苗为止。通过再生苗嫁接，获得转化植株。

实施例6、转化植株的生物活性检测

待转化植株种植长到七八叶期时，取第3片、第4片叶片进行生物活性检测，在叶柄处用脱脂棉球包裹，滴加无菌水保湿，放在培养皿中，初孵棉铃虫11头接于每片叶片上，编号封口，将平皿放于铺有湿纱布的筐中，并将四周盖上湿纱布，置于28℃培养室中；每天注意观察，保持纱布湿度和室内温度；三天后统计试虫死亡数，计算死亡率。

附图7即为接虫后三天的结果，可以看出对照植株叶片已造成许多缺刻，还可以看到试虫的粪便，而转基因植株叶片在被咬成小空洞之后，由于Bt Cry2Ab4和Vip3Aa11蛋白的毒害作用，试虫死亡，可以看到幼虫的尸体。该基因组合对棉铃虫表现出了较高的杀虫毒性，校正死亡率在90％以上。

Claims (6)

1.改造的mcry2Ab4基因，编码具有SEQ ID NO.4所示氨基酸序列的蛋白，其核苷酸序列如SEQ IDNO.3所示。

2.含有权利要求1所述的改造的mcry2Ab4基因的重组质粒。

3.权利要求2所述的重组质粒为pET-2Ab4或pCAMIA-S2AbN，所述重组质粒pET-2Ab4的骨架载体为pET-21b，所述pCAMIA-S2AbN如图6中所示。

4.权利要求2或3所述的重组质粒在转基因微生物或植物中的应用，使其表达抗虫蛋白的特性。

5.根据权利要求4所述的应用，所述微生物为大肠杆菌BL21。

6.根据权利要求4所述的应用，所述植物为棉花。

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