CN105348374B - 获得高活性Cry1Ai蛋白突变体的方法及其突变体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及获得高活性Cry1Ai蛋白突变体的方法及其突变体,属于生物技术领域。获得高活性Cry蛋白突变体的方法,对Cry蛋白DomainⅡ的loop2或/和loop3中的氨基酸序列进行连续多点突变,所述连续多点突变为连续10以上的氨基酸序列的改变。本发明连续多点突变体ModCry1Aid‑loop 2对棉铃虫的杀虫活性提高了约13倍;连续多点突变体ModCry1Ai‑loop 2对玉米螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高了近9倍;连续多点突变体ModCry1Ai‑loop 2和连续多点突变体ModCry1Ai‑loop 3对水稻二化螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高5倍‑6倍左右。

Description

获得高活性Cry1Ai蛋白突变体的方法及其突变体
技术领域
本发明涉及生物技术领域,特别是涉及一种获得高活性Cry1Ai蛋白突变体的方法,以及采用该方法获得的高活性的Cry1Ai蛋白突变体。
背景技术
cry1Ai基因为本申请人于2009年所克隆(专利号:ZL200910241558.8;束长龙等,2013),其表达产物对亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)、小菜蛾(Plutellaxylostella)、水稻二化螟(Chilo suppressalis)、美国白蛾(Hyphantria cunea)及家蚕(Bombyx mori)等鳞翅目昆虫具有较好的杀虫活性,但对棉铃虫(Helicoverpa armigera)仅具有体重抑制作用,在某种程度上限制了cry1Ai基因的应用范围。cry1Ah1(专利号:ZL200410009918.9;张杰等,2006),其编码的Cry1Ah蛋白对棉铃虫、亚洲玉米螟和水稻二化螟等鳞翅目害虫具有很高的毒杀活性,而Cry1Ah蛋白对重要的经济昆虫家蚕却表现出较低的生物活性,显示出良好的环境安全性。Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白活性区域的氨基酸相似性为84%,两者DomainⅢ完全一致,Domain Ⅰ的差异集中定位在helixα-3、helixα-4和helixα-6上,在Domain Ⅱ的差异主要集中在loop 2和loop 3上。
近年来大量的研究表明,Cry蛋白上某些氨基酸位点或区域与杀虫特异性有关。Domain Ⅱ是Cry毒素结构中变化最多的结构域。主要是顶端的环(loop),其长度、构象和序列都可以有很大的变化。Cry1A、Cry2A、Cry3A、Cry4A和Cry5A顶端loop的长度变化较大,Cry5A的loop最长,Cry3A的loop最短,由于Domain Ⅱ的多变性,该区域被认为是与Cry毒素作用的特异性有关。研究发现:Cry1Ab蛋白的loop 2上某些氨基酸与其对烟草天蛾的活性有关;Cry4Ba蛋白的loopα-8参与其与埃及伊蚊(Aedes aegypti)的结合过程;Cry11Ba蛋白的loopsα-8、1和3参与受体结合,并与对伊蚊的杀虫活性有关。Cry19Aa蛋白的loop 1中357W与其对尖音库蚊(Culex pipiens)的活性有关,loop 2中的410Y、416W、418D与其对尖音库蚊和埃及伊蚊的活性有关。但也有研究发现:Cry4Aa蛋白对尖音库蚊的活性相关区域不是Domain II的loops,可能是Domain III的某个位点。上述研究结果充分说明了Cry蛋白的loop区域与其杀虫活性有着密不可分的关系,但Cry类蛋白对棉铃虫杀虫特异性相关氨基酸区域尚无明确报道,且多数突变体为单点突变且活性大多丧失,是反面推测该位点可能与杀虫特异性相关的位点,而改变杀虫特异性、提高新活的成功案例较少。
发明内容
针对上述领域中的缺陷,本发明提供一种获得高活性Cry蛋白突变体的方法,采用多点连续突变的方法,得到了高活性的蛋白突变体。
本发明采用该方法,对Cry1Ai蛋白进行突变,获得的两个突变体,该两个突变体对某些鳞翅目害虫有毒杀效果有明显的提高。
获得高活性Cry蛋白突变体的方法,对Cry蛋白立体结构Domain Ⅱ的loop2或/和loop3中的氨基酸序列进行连续多点突变,所述连续多点突变为连续10个以上的氨基酸序列的改变。
所述Cry蛋白为Cry1Ai或Cry1Ah蛋白。
所述突变为Cry1Ai蛋白loop 2或/和loop 3中氨基酸序列突变。
所述突变为Cry1Ai突变体蛋白loop 2中的369RPFNIGINNQQ379序列突变,或/和Cry1Ai突变体蛋白loop 3中的435SMFRSGSSSSVSIIR449序列突变。
上述方法得到的蛋白突变体。
所述蛋白突变体的氨基酸序列为SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:4。
编码上述蛋白突变体的基因。
所述基因的序列分别为SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:3。
本发明明确了Cry1Ah蛋白与棉铃虫APN1片段H3的结合区域是loop 2和loop 3的基础上,在比对分析Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白Domain Ⅱ中4个loop的差异后,将Cry1Ai蛋白的loop 2和loop 3进行连续多点氨基酸突变(10个氨基酸序列以上),增强其与受体的结合能力,以提高杀虫毒力。
本发明连续多点突变体ModCry1Aid-loop 2对棉铃虫的杀虫活性提高了约13倍;连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2对玉米螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高了近9倍;连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2和连续多点突变体ModCry1Ai-loop 3对水稻二化螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高5倍-6倍左右。
附图说明
图1反向PCR示意图,
图2Western Blot分析Cry1Ah蛋白的标记情况,
图3SDS-PAGE分析APN1片段的表达情况,
图4棉铃虫APN1结合区域的鉴定,
图5Cry1Ah蛋白上受体结合区域的鉴定,
其中A:饱和结合浓度筛选;B:loop多肽竞争结合;C:loop多肽组合竞结合,
图6Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白Domain Ⅱ中loop区域对应的氨基酸,
图7反向PCR扩增构建连续多点突变体,
其中M:marker;1:modcry1Ai-loop 2;2:modcry1Ai-loop 3,
图8TG1中阳性克隆的PCR鉴定结果,
图9Rosetta(DE3)中阳性克隆的PCR鉴定结果,
1,2:modcry1Ai-loop 2;3,4:modcry1Ai-loop 3,
图10SDS-PAGE分析连续多点突变体蛋白在Rosetta(DE3)的表达情况(包涵体蛋白),
其中1:pEB载体;2:Cry1Ai;3:ModCry1Ai-loop 2;4:ModCry1Ai-loop 3。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
1.材料与试剂
1.1菌株与质粒
实验所用菌株与质粒详见表1,可以对公众发放。
表1菌株与质粒
1.2引物及多肽序列
连续多点突变突变体构建的引物如表2所示,多肽序列如表3所示,均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
表2构建连续多点突变的引物序列
表3多肽序列
1.3供试昆虫
棉铃虫室内敏感种群标准试虫,由中国农科院植保所棉花害虫组提供。
亚洲玉米螟室内敏感种群标准试虫,由中国农科院植保所玉米害虫组提供
水稻二化螟室内敏感种群标准试虫,由中国农科院植保所水稻害虫组提供
1.4酶与生化试剂
Primer star高保真扩增酶、限制性内切酶、连接试剂盒BKL试剂盒购自TaKaRa公司;PCR纯化试剂盒、DNA胶回收试剂以及质粒提取试剂盒购自Axygen公司;Taq Mix聚合酶购自北京博迈德科技发展有限公司;蛋白Marker购自Bio-Rad公司;DNA marker TaKaRa公司;抗生素购自鼎国生物工程公司;
其它试剂均为市售国产或者进口分析纯或电泳级纯化学试剂。
蛋白高分子量标准:Protein Standard(High range)(kDa):200、116、97、66、45
DL5000DNA Marker(bps):5000、3000、2000、1500、1000、750、500、200、100
DL15000DNA Marker(bps):15000、10000、7500、5000、2500、1000、250
1.5培养基与抗生素
液体LB培养基:trytone 1%,yeast extract 0.5%,NaCl 1%,pH 7.0,121℃/20mim灭菌。
固体LB培养基:在液体培养基中加入1.3%琼脂,121℃/20mim灭菌。
液体1/2LB培养基:trytone 0.5%,yeast extract 0.25%,NaCl 0.5%,pH 7.0,121℃/20mim灭菌。
抗生素:氨苄青霉素水溶液100mg/mL用时稀释1000倍;红霉素乙醇溶液6mg/mL,使用时稀释1000倍;氯霉素乙醇溶液34mg/mL,使用时稀释1000倍,-20℃保存
1.6其它试剂
(1)4.0mol/L醋酸钠-醋酸缓冲液
无水NaAc 65.61g
少量超纯水溶解NaAc,用HAc将pH调至4.5,再定容至200mL
(2)50mM Na2CO3
无水Na2CO3 5.30g
超纯水定容至1000mL,121℃/20mim灭菌后,pH调至9.5
(3)1.0mol/L NaCl
NaCl 58.44g
超纯水定容至1000mL,121℃/20mim灭菌
(4)30%丙烯酰胺/甲叉双丙烯酰胺
丙烯酰胺 29.2g
甲叉双丙烯酰胺 0.8g
超纯水配制100mL,4℃保存
(5)SDS-PAGE 3×上样缓冲液
超纯水定容至100mL
(6)电泳缓冲液
SDS 1.00g
甘氨酸 14.4g
Tris 3.03g
超纯水定容至1000mL,4℃保存
(7)分离胶缓冲液
Tris 27.23g
SDS 0.4g
超纯水定容至150mL,用盐酸调pH 8.8,4℃保存
(8)浓缩胶缓冲液
Tris 6g
SDS 0.4g
超纯水定容至100mL,用盐酸调pH 6.8,4℃保存
(9)50×TAE:
冰乙酸 57.1mL
0.5mol/L EDTA(pH 8.0) 100mL
Tris 242g
纯水定容至1000mL,4℃保存
(10)考马斯亮蓝R250染色法
溶液一:50%乙醇、10%乙酸
溶液二:5%乙醇、7.5%乙酸
溶液三:0.25%R250的95%乙醇溶液
注:50mL溶液二加入200μL溶液三
1.7主要仪器设备
摇床D250,美国NBS公司产品;
恒温培养箱DHP120,上海实验仪器总厂;
Beckman高速离心机Avanti J-26xp;
德国台式Eppenddorf离心机5415C;
PCR仪:Thermocycler,Biometra公司
核酸电泳仪:DYY-5型,北京六一厂;
凝胶成像系统Universal Hood Ⅱ,BIO-RAD公司;
蛋白电泳仪:Mini protein III,BIO-RAD公司;
转膜仪:eBlot快速转膜仪,南京金斯瑞公司
高效液相色谱系统:AKTA avant,GE公司
荧光信号监测系统:Typhoon扫描仪,GE公司
2.实验方法
2.1Cry1Ah蛋白的提取及活化
(1)挑取单菌落于5mL LB培养基中(加5μL红霉素),30℃230rpm 12h;
(2)按1%的接菌量转接到1L三角瓶中(每瓶盛有400mL 1/2LB液体培养基,并加入400μL红霉素),30℃,230rpm,培养至90%以上的晶体释放,停止培养;
(3)将发酵液4℃8000rpm离心10min,沉淀用预冷的1.0mol/L NaCl(50mL/1升菌液)洗涤,重复一次;
(4)4℃8000rpm离心10min后,用预冷的无菌水洗涤一次(50mL/1升菌液);
(5)收集沉淀,悬于50mM Na2CO3溶液中并加入胰蛋白酶,37℃,230rpm处理2h,溶解与活化同时进行;
(6)4℃14000rpm离心20min,取上清,加入1/7体积的4.0mol/L NaAc-HAc(pH4.5),调pH 4.5-5.0;
(7)4℃静止4h(或冰上沉淀1-4h);
(8)4℃14000rpm离心15min,沉淀用无菌水洗悬浮后,4℃14000rpm离心15min,重复一次,最后收集沉淀,并溶于50mM Na2CO3中,搅拌至完全溶解。
(9)SDS-PAGE检测Cry蛋白的提取结果,并BSA标准品进行定量。
2.2生物标记Cry1Ah蛋白
称取1mg Biotin N-hydroxysuccinimide ester溶于1mL二甲基亚枫(DMSO)中,配制成1mg/mL母液于-20℃保存,向待标记蛋白溶液中加入30倍摩尔量的生物素溶液,室温静置1h,置于脱盐柱中离心除去过量的生物素。Western blot杂交检测标记效果。
2.3Ligand blot鉴定APN1受体结合区
(1)蛋白样品先进行SDS-PAGE分析,再转至PVDF膜上;
(2)PVDF膜在PBS缓冲液中漂洗3次,每次10min;
(3)PVDF膜在40mL PBS+2%Tween中封闭20min,再以PBS-T(0.1%Tween)漂洗3次,每次10min;
(4)在4mL PBS-T中加入8μg生物素标记的Cry1Ah蛋白,PVDF膜室温孵育1h,
(5)再以PBS-T漂洗3次,每次10min;
(6)以1:10000的比例在PBS-T中加入带有荧光标签的链霉亲和素,室温孵育1h,
(7)以PBS-T漂洗10min,再以PBS漂洗2次,每次10min;
(8)PVDF膜晾干,以Typhoon扫描仪分析结果。
(9)竞争结合:在结合时,以1:1000的摩尔比加入合成的多肽。
2.4序列分析软件
DNAMAN用来分析比较核苷酸或蛋白序列;
PyMOL软件用来分析预测的Cry蛋白的三维结构。
2.5反向PCR
反向PCR原理示意图如下(图1),根据原基因序列在受体结合区以外分别设计正向和反向引物,然后将拟插入的连续多点突变序列一分为二,分别加在正向引物和反向引物的5’端,从基因内部反向扩增,扩增得到的片段含有完整的载体,以及断开的插入序列,因此用磷酸化酶处理后,可以进行自连,形成闭合完整的质粒。
(1)反向PCR反应体系如下:
(2)扩增条件如下:
2.6磷酸化处理(BKL试剂盒):
(1)反应体系:
(2)反应条件:
37℃处理10min,70℃处理5min;
2.7连接反应
取5μL上述反应产物加5μL SI,16℃连接3h。
2.8TG1和Rosetta(DE3)感受态细胞制备及转化
(1)将甘油菌在固体LB培养基上进行活化,37℃培养10小时后,再进行划线培养,37℃培养12小时后,挑取单菌落于5mL液体LB培养基中,37℃,220rpm震荡培养12小时,再按1%接菌量转入100mL液体LB培养基中扩大培养(500mL三角瓶),37℃,220rpm培养,培养至OD600约为0.5。
(2)将菌液转移至2个无菌预冷的50mL离心管中,冰上放置10min,使培养物冷却到0℃;
(3)4℃,4100rpm离心10min;
(4)倒出培养液,将管倒置1min,使最后痕量的培养液流尽;
(5)每50mL初始培养液用30mL预冷的0.1mol/L CaCl2-MgCl2(20mM CaCl2-80mMMgCl2)重悬每份细胞;
(6)4℃,4100rpm离心10min;
(7)每50mL初始培养物用2mL冰预冷的0.1mol/L CaCl2重悬,再加入等体积甘油,分装200μL/管,-70℃保存。
将200μL感受态细胞与10μL连接产物或2μL质粒混匀,冰浴30min,42℃热击1.5min,冰浴3min,加入600μL LB培养基37℃培养1h,涂布含含相应抗生素的LB的平板,37℃培养过夜。
2.9阳性克隆的PCR鉴定
挑取单克隆于5mL LB液体培养基震荡培养,37℃,220rpm,震荡培养6h,取1μL作为模版,进行PCR鉴定,PCR鉴定体系和反应条件如下:
(1)PCR体系:
(2)反应条件:
PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳检测。
2.10序列测定及分析
每个截短片段选取TG1中两个阳性克隆送往农科院测序部进行全长测序,DNAMAN软件分析测序结果正确后,提取TG1中质粒,并转入Rosetta(DE3)感受态细胞中进行表达。
2.11大肠杆菌中蛋白诱导表达
(1)LB平板(AC抗性)上活化过夜,挑单菌落转接于5mL液体LB培养基(AC抗性)中,37℃,220rpm培养12h后,将5mL培养液全部转入300mL液体LB培养基(AC抗性)中,培养约3h,OD600达到0.5,加入IPTG终浓度为0.5mM,18℃,150rpm,培养过夜12h。
(2)8000rpm离心10min收集菌体,沉淀溶于30mL 20mM Tris-HCl pH 8.0的缓冲液中,进行超声破碎(冰浴),功率65%,时间5min,超3s停5s。超声后10000rpm离心20min,收集上清,沉淀用少量20mM Tris-HCl pH 8.0重悬。
(3)SDS-PAGE分析蛋白表达情况:
(4)制样:上清,20μL样品+5μL 5×Loading Buffer
(5)沉淀,5μL样品+15μL 20mM Tris-HCl pH 8.0+5μL 5×Loading Buffer
(6)煮沸10min,12000rpm离心5min上样5μL。
(7)电泳条件:120V预电泳15min,80V浓缩胶,200V分离胶(冰浴)
(8)染色:50mL S Ⅰ微波加热30s,摇床上70rpm 5min,换50mL S Ⅱ+200μL考马斯亮蓝染液SⅢ,微微波加热30s,摇床上70rpm 30min,换蒸馏水,摇床70rpm。
2.12棉铃虫生物活性测定
(1)取30g人工饲料置一灭菌培养皿中,加入3.0mL待测样品溶液,用药匙充分搅拌均匀,室温放置,使饲料多余水分蒸发;
(2)将全部饲料分装于3个已消毒的24孔细胞培养板中;
(3)先将幼虫轻轻抖落在一张白纸上,再将白纸倒置,此时幼虫将从白纸上开始拉丝下滑,用毛笔轻轻挑丝将幼虫接于24孔板中,每孔一头;接完后,在24孔板上盖一层吹塑纸,再盖盖子,并用橡皮筋固定,严格密封,防止幼虫逃逸;
(4)放置25℃光照培养箱中培养,光周期为12:12。第一天时,培养箱中不需要额外添加水盆,从第二天起,湿度<30%时,需要额外添加水盆增加湿度。每天观察,检查光照、湿度、温度以及饲料是否霉变,是否有水蒸气凝结;
(5)7天分别调查死、活虫数,计算死亡率和LC50
2.13亚洲玉米螟生物活性测定
(1)取30g人工饲料置一灭菌培养皿中,加入3.0mL待测样品溶液,用药匙充分搅拌均匀,室温放置,使饲料多余水分蒸发;
(2)将全部饲料分装于3个一次性灭菌培养皿中;
(3)先将幼虫轻轻抖落在一张白纸上,再将白纸倒置,此时幼虫将从白纸上开始拉丝下滑,用毛笔轻轻挑丝将幼虫接于饲料上,每皿30头;接完后,将盖子盖好,并用橡皮筋固定,严格密封,防止幼虫逃逸;
(4)放置25℃光照培养箱中培养。第一天时,培养箱中不需要额外添加水盆,从第二天起,湿度<30%时,需要额外添加水盆增加湿度。每天观察,检查光照、湿度、温度以及饲料是否霉变,是否有水蒸气凝结;
(5)7天分别调查死、活虫数,计算死亡率和LC50
2.14水稻二化螟生物活性测定
(1)取30g人工饲料置一灭菌培养皿中,加入3.0mL待测样品溶液,用药匙充分搅拌均匀,室温放置,使饲料多余水分蒸发;
(2)将全部饲料分装于3个已消毒的一次性培养皿中;
(3)先将幼虫轻轻抖落在一张白纸上,再将白纸倒置,此时幼虫将从白纸上开始拉丝下滑,用毛笔轻轻挑丝将幼虫接于饲料上,每皿30头;接完后,再盖盖子,并用橡皮筋固定,严格密封,防止幼虫逃逸;
(4)放置25℃光照培养箱中培养。第一天时,培养箱中不需要额外添加水盆,从第二天起,湿度<30%时,需要额外添加水盆增加湿度。每天观察,检查光照、湿度、温度以及饲料是否霉变,是否有水蒸气凝结;
(5)7天分别调查死、活虫数,计算死亡率和LC50
3结果与分析
3.1Cry1Ah蛋白的生物素标记
如图2所示,western blot可以检测到60kDa的条带,说明,Cry1Ah已被标记。
3.2Cry1Ah和Cry1Ai蛋白三维结构及氨基酸序列的比较
在分析棉铃虫APN1的结构基础上,将其分为4个区域进行表达,分别为H1(33-257位氨基酸)、H2(258-547位氨基酸)、H3(548-798位氨基酸)和H4(799-1014位氨基酸),并将其连在pET28a表达载体上,在大肠杆菌Rosetta(DE3)中进行表达,SDS-PAGE检测结果表明:4个片段均可在大肠杆菌中表达(图3);Ligand blot结果表明:片段H3(548-798)可以与Cry1Ah蛋白结合,其余片段不与Cry1Ah蛋白结合(图4)。
3.3受体结合区域的鉴定
大量研究表明:Cry蛋白Domain Ⅱ上的loop区域与受体结合有关。在分析预测Cry1Ah蛋白三维立体结构的基础上,确定其Domain Ⅱ的4个loop区域,并合成相应的短肽,多肽序列见表3。首先以生物素标记的Cry1Ah蛋白进行与棉铃虫APN1饱和结合分析,结果如图5A所示,选取在结合体系中加入2.0μg的BiotinCry1Ah蛋白,接近饱和结合的浓度进行后续的竞争结合实验;竞争结合实验结果表明:loopα-8和loop 1不能竞争Cry1Ah与片段H3的结合,loop 2和loop 3能减弱Cry1Ah蛋白与片段H3的结合,但不能完全竞争(图5B)。而loop 2和loop 3同时存在时,可以竞争Cry1Ah蛋白与片段H3的结合(图5C)。
3.4Cry1Ah和Cry1Ai蛋白三维结构及氨基酸序列的比较
将Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白的氨基酸序列提交SWISS-MODEL workspace进行三维结构的预测,并用PyMOL软件分析预测的三维结构,根据序列比对和结构分析,首先确定了Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白的三个Domain相应的位置及Domain Ⅱ中loop区域对应的氨基酸序列(见图6)。
3.5连续多点突变体的构建与表达
明确了Cry1Ah蛋白与棉铃虫APN1片段H3的结合区域是loop 2和loop 3的基础上,在比对分析Cry1Ah蛋白和Cry1Ai蛋白Domain Ⅱ中4个loop的差异后,拟将Cry1Ai蛋白的loop2和loop 3进行连续多点氨基酸突变,增强其与受体的结合能力,以提高杀虫毒力。以pEB-cry1Ai质粒为模板,用Primer star高保真酶进行反向PCR扩增,扩增引物序列见表2。反向PCR是从插入区域向载体方向扩增目的片段和载体,扩增引物上包含插入区域的碱基序列。电泳检测PCR扩增结果如图7所示,均能扩增出11kb左右的目的条带。
3.6阳性克隆的鉴定
挑取TG1中阳性克隆进行PCR鉴定(PEBF和PEBR为引物),电泳检测PCR鉴定结果如图8所示,大部分阳性克隆均含有目的片段,说明连续多点突变体构建成功。
提取各突变体在TG1中的质粒,转入Rosetta(DE3)感受态细胞中,阳性克隆进行PCR鉴定,电泳分析PCR鉴定结果如图9所示。
3.7突变体的表达分析
突变体转入大肠杆菌Rosetta(DE3)感受态细胞后,进行IPTG诱导表达,并利用超声波破碎法提取目的蛋白,最后以SDS-PAGE分别检测可溶性蛋白和包涵体蛋白。结果表明:连续多点突变体均能在大肠杆菌中正常表达(图10)。
3.8棉铃虫生物活性分析
首先将连续多点突变体蛋白进行定量,梯度稀释法将蛋白稀释成相应浓度后,加入到30g人工饲料中,混匀备用。7天分别统计死虫数与活虫数,计算校正死亡率。随着Cry1Ai蛋白浓度由1μg/g升高到243μg/g,棉铃虫的校正死亡率并没有呈现出明显上升的趋势,而是维持在40%左右;连续多点突变体ModCry1Ai-loop 3对棉铃虫的作用与对照相似,校正死亡率为0%。而连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2不同,随着浓度的升高,棉铃虫的校正死亡率也逐渐升高。利用SPSS 17.0软件分析各各蛋白的致死中浓度(LC50),结果显示(表4),Cry1Ai蛋白对棉铃虫的致死中浓度>500μg/g,而连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2对棉铃虫的致死中浓度为44.90μg/g,至少提高了13倍。
3.9亚洲玉米螟生物活性分析
以梯度稀释法将蛋白稀释成相应浓度后,加入到30g人工饲料中,混匀备用。7天分别统计死虫数与活虫数,计算校正死亡率。利用SPSS 17.0软件分析各蛋白的致死中浓度(LC50),结果显示(表4),Cry1Ai蛋白的活性为9.07μg/g,连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2的活性为1.09μg/g,比改造前的Cry1Ai蛋白提高了近9倍。
3.10棉铃虫生物活性分析
以梯度稀释法将蛋白稀释成相应浓度后,加入到30g人工饲料中,混匀备用。7天分别统计死虫数与活虫数,计算校正死亡率。利用SPSS 17.0软件分析各各蛋白的致死中浓度(LC50),结果显示(表4),Cry1Ai蛋白对水稻二化螟的活性为15.31μg/g,连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2和连续多点突变体ModCry1Ai-loop 3对水稻二化螟的活性分别为3.97μg/g和2.52μg/g,比改造前的Cry1Ai蛋白提高5-6倍左右。
表4连续多点突变体对几种鳞翅目害虫的致死中浓度
4结论
5.1棉铃虫APN1片段H3(548-798位氨基酸)与Cry1Ah蛋白结合
5.1Cry1Ah蛋白上Domain Ⅱ的loop 2(RPFNIGINNQQ)和loop 3(SMFRSGSSSSVSIIR)是受体结合区域;
5.2Cry1Ah蛋白上Domain Ⅱ其中loop 2(RPFNIGINNQQ)决定其对棉铃虫的杀虫特异性;
5.3本发明采用10个以上的氨基酸连续多点突变Domain Ⅱ中的loop 2或loop 3,可以得到高活性的Cry蛋白突变体。
5.4连续多点突变体ModCry1Aid-loop 2对棉铃虫的杀虫活性提高了约13倍;连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2对玉米螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高了近9倍;连续多点突变体ModCry1Ai-loop 2和连续多点突变体ModCry1Ai-loop 3对水稻二化螟的活性比改造前的Cry1Ai蛋白提高5倍-6倍左右。

Claims (5)

1.获得高活性Cry蛋白突变体的方法,对Cry蛋白立体结构DomainⅡ的loop 2或/和loop 3中的氨基酸序列进行连续多点突变,所述连续多点突变为连续10以上的氨基酸序列的改变,
所述突变为Cry1Ai蛋白loop 2或/和loop 3中氨基酸序列突变,所述突变为Cry1Ai突变体蛋白loop 2中的序列突变为369RPFNIGINNQQ379,或/和Cry1Ai突变体蛋白loop 3中的序列突变为435SMFRSGSSSSVSIIR449
2.权利要求1所述方法得到的蛋白突变体。
3.根据权利要求2所述蛋白突变体,其氨基酸序列如SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:4所示。
4.编码权利要求3所述的蛋白突变体的基因。
5.根据权利要求4所述基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:3所示。
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