控制害蟲的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制大螟害蟲的方法，包括：將大螟害蟲與Cry1A蛋白接觸。本發(fā)明通過植物體內(nèi)產(chǎn)生能夠殺死大螟的Cry1A蛋白來控制大螟害蟲；與現(xiàn)有技術使用的農(nóng)業(yè)防治方法、化學防治方法和生物防治方法相比，本發(fā)明對植物進行全生育期、全植株的保護以防治大螟害蟲的侵害，且無污染、無殘留，效果穩(wěn)定、徹底，簡單、方便、經(jīng)濟。
【專利說明】控制害蟲的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制害蟲的方法，特別是涉及一種用在植物中表達的CrylA蛋白來控制大螟為害植物的方法。
【背景技術】
[0002]大螟(Sesamia inferens)屬鱗翅目夜蛾科,為雜食性害蟲，除為害玉米外,還為害水稻、甘蔗、小麥、高梁等禾本科作物，廣泛分布于我國中部與東南部以及東南亞水稻、甘蔗產(chǎn)區(qū)。大螟幼蟲蛀入作物莖內(nèi)為害，可造成玉米枯心苗或整株死亡，水稻枯心或白穗等現(xiàn)象。尤其是近年來全球氣候變暖，大螟的發(fā)生呈逐年上升及北移的趨勢。
[0003]玉米和水稻是中國重要的糧食作物，每年因大螟造成的糧食損失巨大，更甚者影響到當?shù)厝丝诘纳鏍顩r。為了防治大螟，人們通常采用的主要防治方法有:農(nóng)業(yè)防治、化學防治和生物防治。 [0004]農(nóng)業(yè)防治是把整個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多因素的綜合協(xié)調(diào)管理，調(diào)控作物、害蟲、環(huán)境因素、創(chuàng)造一個有利于作物生長而不利于大螟發(fā)生的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。如利用處理大螟越冬寄主、改革耕作制度、種植抗大螟品種、種植誘集田和間作等措施降低大螟的為害。因農(nóng)業(yè)防治必須服從作物布局和增產(chǎn)的要求，應用有一定的局限性，不能作為應急措施，在大螟爆發(fā)時就顯得無能為力。
[0005]化學防治即農(nóng)藥防治，是利用化學殺蟲劑來殺滅害蟲，是大螟綜合治理的重要組成部分，它具有快速、方便、簡單和高經(jīng)濟效益的特點，特別是大螟大發(fā)生的情況下，是必不可少的應急措施，它可以在大螟造成為害前將其消滅。目前化學防治方法主要有顆粒劑、撒毒土、藥液噴霧、封垛熏蒸秸桿垛內(nèi)越冬成蟲等。但化學防治也有其局限性，如使用不當往往會導致農(nóng)作物發(fā)生藥害、害蟲產(chǎn)生抗藥性，以及殺傷天敵、污染環(huán)境，使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞和農(nóng)藥殘留對人、畜的安全構成威脅等不良后果。
[0006]生物防治是利用某些有益生物或生物代謝產(chǎn)物來控制害蟲種群數(shù)量，以達到降低或消滅害蟲的目的。其特點是對人、畜安全，對環(huán)境污染少，對某些害蟲可達到長期控制的目的；但是效果常不穩(wěn)定，并且不論大螟發(fā)生輕重均需同樣投資進行。
[0007]為了解決農(nóng)業(yè)防治、化學防治和生物防治在實際應用中的局限性，科學家們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)將編碼殺蟲蛋白的抗蟲基因轉(zhuǎn)入植物中，可獲得一些抗蟲轉(zhuǎn)基因植物以防治植物蟲害。CrylA殺蟲蛋白是眾多殺蟲蛋白中的一種，是由蘇云金芽孢桿菌庫斯塔基亞種(Bacillus thuringiensis subsp.kurstaki, B.t.k.)產(chǎn)生的不溶性伴抱結晶蛋白。
[0008]Cry IA蛋白被昆蟲攝入進入中腸，毒蛋白原毒素被溶解在昆蟲中腸的堿性pH環(huán)境下。蛋白N-和C-末端被堿性蛋白酶消化，將原毒素轉(zhuǎn)變成活性片段；活性片段和昆蟲中腸上皮細胞膜上表面上受體結合，插入腸膜，導致細胞膜出現(xiàn)穿孔病灶，破壞細胞膜內(nèi)外的滲透壓變化及PH平衡等，擾亂昆蟲的消化過程，最終導致其死亡。
[0009]已證明轉(zhuǎn)CrylA基因的植株可以抵抗玉米螟、棉鈴蟲、秋粘蟲等鱗翅目(Lepidoptera)害蟲的侵害,然而,罕有關于通過產(chǎn)生表達CrylA蛋白的轉(zhuǎn)基因植株來控制大螟對植物危害的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種控制害蟲的方法，首次提供了通過產(chǎn)生表達CrylA蛋白的轉(zhuǎn)基因植株來控制大螟對植物危害的方法，且有效克服現(xiàn)有技術農(nóng)業(yè)防治、化學防治和生物防治等技術缺陷。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種控制大螟害蟲的方法，包括將大螟害蟲與CrylA蛋白接觸。
[0012]優(yōu)選地,所述CrylA蛋白為CrylAb蛋白、CrylAc蛋白或CrylA.105蛋白。
[0013]進一步地,所述CrylAb蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylAb蛋白的植物細胞中，所述大螟害蟲通過攝食所述植物細胞與所述CrylAb蛋白接觸。
[0014]更進一步地,所述CrylAb蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylAb蛋白的轉(zhuǎn)基因植物中，所述大螟害蟲通過攝食所述轉(zhuǎn)基因植物的組織與所述CrylAb蛋白接觸，接觸后所述大螟害蟲生長受到抑制并最終導致死亡，以實現(xiàn)對大螟危害植物的控制。
[0015]進一步地,所述CrylA.105蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylA.105蛋白的植物細胞中,所述大螟害蟲通過攝食所述植物細胞與所述CrylA.105蛋白接觸。
[0016]更進一步地，所述CrylA.105蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylA.105蛋白的轉(zhuǎn)基因植物中，所述大螟害蟲通過攝食所述轉(zhuǎn)基因植物的組織與所述CrylA.105蛋白接觸，接觸后所述大螟害蟲生長受到抑制并最終導致死亡，以實現(xiàn)對大螟危害植物的控制。
[0017]所述轉(zhuǎn)基因植物可以處于任意生育期。
[0018]所述轉(zhuǎn)基因植物的組織可以為葉片、莖桿、果實、雄穗、雌穗、花藥或花絲。
[0019]所述對大螟危害植物的控制不因種植地點的改變而改變。
[0020]所述對大螟危害植物的控制不因種植時間的改變而改變。
[0021]所述植物可以來自玉米、水稻、高粱、麥、粟、棉花、蘆葦、甘蔗、茭白、蠶豆或油菜。
[0022]所述接觸步驟之前的步驟為種植含有編碼所述CrylA蛋白的多核苷酸的植物。
[0023]優(yōu)選地，所述CrylA蛋白的氨基酸序列具有SEQ ID NO: 1、SEQ ID N0:2或SEQ IDN0:3所示的氨基酸序列。所述CrylA蛋白的核苷酸序列具有SEQ ID NO:4,SEQ ID N0:5或SEQ ID N0:6所示的核苷酸序列。
[0024]在上述技術方案的基礎上，所述植物還可以產(chǎn)生至少一種不同于所述CrylA蛋白的第二種核苷酸。
[0025]進一步地，所述第二種核苷酸可以編碼Cry類殺蟲蛋白質(zhì)、Vip類殺蟲蛋白質(zhì)、蛋白酶抑制劑、凝集素、α-淀粉酶或過氧化物酶。
[0026]優(yōu)選地,所述第二種核苷酸可以編碼Vip3A蛋白或Cry2Ab蛋白。
[0027]更進一步地，所述第二種核苷酸包括SEQ ID N0:7或SEQ ID N0:8所示的核苷酸序列。`
[0028]可選擇地，所述第二種核苷酸為抑制目標昆蟲害蟲中重要基因的dsRNA。
[0029]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種CrylA蛋白質(zhì)控制大螟害蟲的用途。
[0030]在本發(fā)明中，CrylA蛋白在一種轉(zhuǎn)基因植物中的表達可以伴隨著一個或多個Cry類殺蟲蛋白質(zhì)和/或Vip類殺蟲蛋白質(zhì)的表達。這種超過一種的殺蟲毒素在同一株轉(zhuǎn)基因植物中共同表達可以通過遺傳工程使植物包含并表達所需的基因來實現(xiàn)。另外，一種植物(第I親本)可以通過遺傳工程操作表達CrylA蛋白質(zhì)，第二種植物(第2親本)可以通過遺傳工程操作表達Cry類殺蟲蛋白質(zhì)和/或Vip類殺蟲蛋白質(zhì)。通過第I親本和第2親本雜交獲得表達引入第I親本和第2親本的所有基因的后代植物。
[0031]RNA干擾(RNA interference，RNAi)是指在進化過程中高度保守的、由雙鏈RNA(double-stranded RNA, dsRNA)誘發(fā)的、同源mRNA高效特異性降解的現(xiàn)象。因此在本發(fā)明中可以使用RNAi技術特異性剔除或關閉目標昆蟲害蟲中特定基因的表達。
[0032]大螟(Sesamiainf erens)與二化螟(Chilo suppressalis)同屬鱗翅目，為雜食性害蟲，但明顯嗜好禾本科，最常為害水稻、玉米、高粱等。盡管如此，大螟與二化螟在生物學上是清晰的、截然不同的兩個物種，至少存在以下主要區(qū)別:
[0033]1、大螟屬夜蛾科，二化 螟屬螟蛾科。
[0034]2、分布區(qū)域不同。大螟廣泛分布于我國中部與東南部，特別是陜西、河南以南的大部稻區(qū)及西南玉米產(chǎn)區(qū)；除中國外，大螟在東南亞種植水稻、玉米及甘蔗的國家也有分布，包括越南、老撾、印度等。而二化螟在我國分布比較廣泛，國內(nèi)分布北達黑龍江克山縣，南至海南島，但其主要分布為害地區(qū)為湖南、湖北、四川、江西、浙江、福建、江蘇蘇北、安徽皖北、陜西、河南、遼寧以及貴州、云南高原地帶；國外分布于朝鮮、日本、菲律賓、越南、泰國、馬來亞、印度尼西亞、印度、埃及等。
[0035]3、為害習性不同。大螟幼蟲蛀入作物莖內(nèi)為害，可造成枯心苗或整株死亡，其蛀孔一般較大，并有大量蟲糞排出莖外，多夾在葉鞘和莖桿之間，受害后的葉片、葉鞘部都變?yōu)辄S色；剛孵化出的幼蟲，不分散，群集葉鞘內(nèi)側(cè)，蛀食葉鞘和幼莖；幼蟲3齡以后，分散遷害鄰株，可轉(zhuǎn)害5-6株不等，此時是大螟的嚴重為害期，早春10°C以上的溫度來得早，則大螟發(fā)生早；靠近村莊的低洼地及麥套玉米地發(fā)生重；春玉米發(fā)生偏輕，夏玉米發(fā)生較重。而二化螟是水稻的勁敵，初孵幼蟲群集葉鞘內(nèi)為害，造成枯鞘，3齡以后幼蟲蛀入稻株內(nèi)為害，水稻分蘗期造成枯心苗，孕穗期造成枯孕穗，抽穗期造成白穗，成熟期造成蟲傷株，一般年份減產(chǎn)3%-5%，嚴重時減產(chǎn)在3成以上。
[0036]4、形態(tài)特征不同。
[0037]I)卵形態(tài)不同:大螟的卵扁圓形，初白色后變灰黃色，表面具細縱紋和橫線，聚生或散生，常排成2-3行；而二化螟卵扁橢圓形，排列成長方形魚鱗狀卵塊，上蓋透明膠質(zhì)。
[0038]2)幼蟲形態(tài)不同:大螟末齡幼蟲體長約30mm，粗4頭紅褐色至暗褐色，腹部背面淡紫紅色，共5-7齡；而二化螟一般6齡,老熟時體長20-30毫米,頭淡褐色,體灰白色，背面有五條紫褐色縱線，最外側(cè)縱線從氣門通過，腹足趾鉤雙序全環(huán)或缺環(huán)，由內(nèi)向外漸短漸稀。
[0039]3)蛹形態(tài)不同:大螟的蛹長13-18mm，粗壯，紅褐色，腹部具灰白色粉狀物，臀棘有3根鉤棘；而二化螟蛹長約10-13毫米，淡棕色，前期背面尚可見五條褐色縱線，中間三條較明顯，后期逐漸模糊，足伸至翅芽末端。
[0040]4)成蟲形態(tài)不同:大螟成蟲雌蛾體長15mm，翅展約30mm，頭部、胸部淺黃褐色，腹部淺黃色至灰白色；觸角絲狀，前翅近長方形，淺灰褐色，中間具小黑點4個排成四角形；雄蛾體長約12mm,翅展27mm,觸角柿齒狀；而二化螟成蟲體長10_15毫米,翅展20-31毫米,雌蛾前翅近長方形，灰黃至淡褐色，外緣有七個小黑點，雄蛾體稍小，翅色較深，中央有三個紫黑色斑，斜行排列，后翅白色。[0041]5、生長習性和發(fā)生規(guī)律不同。大螟一年發(fā)生2-4代，隨海拔的升高而減少，隨溫度的升高而增加。如云貴高原年生2-3代，江蘇、浙江年生3-4代，江西、湖南、湖北、四川年生4代，福建、廣西及云南開遠年生4-5代，廣東南部、臺灣年生6-8代。在溫帶以老熟幼蟲在寄生殘體(如茭白、水稻等作物莖桿或根茬)內(nèi)或近地面的土壤中越冬，次年3月中旬(氣溫高于10°C )開始化蛹，15°C時羽化，4月上旬交尾產(chǎn)卵，3-5天達高峰期，4月下旬為孵化高峰期。成蟲白天潛伏，常棲息在株間，傍晚開始活動，趨光性較弱，壽命5天左右。雌蛾交尾后2-3天開始產(chǎn)卵，3-5天達高峰期，喜在玉米苗上和地邊產(chǎn)卵，多集中在玉米莖桿較細、葉鞘抱合不緊的植株靠近地面的第2節(jié)和第3節(jié)葉鞘的內(nèi)側(cè)，可占產(chǎn)卵量的80%以上。每雌可產(chǎn)卵240粒，卵歷期一代為12天，2、3代為5-6天；幼蟲期一代約30天，二代約28天，三代約32天；蛹期為10-15天。雌蛾飛翔力弱，產(chǎn)卵較集中，靠近蟲源的地方，蟲口密度大，為害重。而二化螟二化螟以幼蟲越冬，主要在稻內(nèi)；越冬期如遇浸水則易死亡，二化螟每年發(fā)生的代數(shù)因緯度而異，第I代區(qū)在北緯36° -32°間,第2-4代區(qū)在北緯32° -26°間,第4代區(qū)在北緯26° -20°間，第5代區(qū)在北緯20°以內(nèi)，在黑龍江省每年發(fā)生I代，江蘇、浙江、福建、安徽、四川、貴州每年發(fā)生2-4代，中國最南的海南島每年發(fā)生5代；除緯度以外，海拔高度也影響發(fā)生代數(shù)；二化螟成蟲白天潛伏于稻株下部，夜間飛舞；大多在午夜以前交配，雌蛾交配后，間隔一日即開始產(chǎn)卵，產(chǎn)卵在晚8-9時最盛；第I代多產(chǎn)卵于稻秧葉片表面距葉尖約3-6厘米處，但也能產(chǎn)卵在稻葉背面，第2代卵多產(chǎn)于葉鞘離地面約3厘米附近，第3代卵多產(chǎn)于晚稻葉鞘外側(cè)；一只雌蛾能產(chǎn)卵2-3塊，多者達10余塊，一般平均5-6塊，共 200-700粒；二化螟在丘陵山區(qū)發(fā)生較多，一般混栽稻區(qū)、單季稻區(qū)和間作稻區(qū)發(fā)生比較嚴重，平原雙季連作稻區(qū)，發(fā)生比較輕；二化螟幼蟲生活力強，食性廣，耐干旱、潮濕和低溫等惡劣環(huán)境，故越冬死亡率低；天敵對二化螟的數(shù)量消長起到一定抑制作用，尤以卵寄生蜂更為重要，應注意保護利用。
[0042]綜合上述，可確定大螟與二化螟是兩種害蟲，且親緣關系較遠，無法交配產(chǎn)生后代。
[0043]本發(fā)明中所述的植物、植物組織或植物細胞的基因組，是指植物、植物組織或植物細胞內(nèi)的任何遺傳物質(zhì)，且包括細胞核和質(zhì)體和線粒體基因組。
[0044]本發(fā)明中所述的“接觸”，是指昆蟲和/或害蟲觸碰、停留和/或取食植物、植物器官、植物組織或植物細胞，所述植物、植物器官、植物組織或植物細胞既可以是其體內(nèi)表達殺蟲蛋白，還可以是所述植物、植物器官、植物組織或植物細胞的表面具有殺蟲蛋白和/或具有廣生殺蟲蛋白的微生物。
[0045]本發(fā)明中所述的多核苷酸和/或核苷酸形成完整“基因”，在所需宿主細胞中編碼蛋白質(zhì)或多肽。本領域技術人員很容易認識到，可以將本發(fā)明的多核苷酸和/或核苷酸置于目的宿主中的調(diào)控序列控制下。
[0046]本領域技術人員所熟知的，DNA典型的以雙鏈形式存在。在這種排列中，一條鏈與另一條鏈互補，反之亦然。由于DNA在植物中復制產(chǎn)生了 DNA的其它互補鏈。這樣，本發(fā)明包括對序列表中示例的多核苷酸及其互補鏈的使用。本領域常使用的“編碼鏈”指與反義鏈結合的鏈。為了在體內(nèi)表達蛋白質(zhì)，典型將DNA的一條鏈轉(zhuǎn)錄為一條mRNA的互補鏈，它作為模板翻譯出蛋白質(zhì)。mRNA實際上是從DNA的“反義”鏈轉(zhuǎn)錄的。“有義”或“編碼”鏈有一系列密碼子(密碼子是三個核苷酸，一次讀三個可以產(chǎn)生特定氨基酸)，其可作為開放閱讀框(ORF)閱讀來形成目的蛋白質(zhì)或肽。本發(fā)明還包括與示例的DNA有相當功能的RNA和PNA (肽核酸)。
[0047]本發(fā)明中核酸分子或其片段在嚴格條件下與本發(fā)明CrylA基因雜交。任何常規(guī)的核酸雜交或擴增方法都可以用于鑒定本發(fā)明CrylA基因的存在。核酸分子或其片段在一定情況下能夠與其他核酸分子進行特異性雜交。本發(fā)明中，如果兩個核酸分子能形成反平行的雙鏈核酸結構，就可以說這兩個核酸分子彼此間能夠進行特異性雜交。如果兩個核酸分子顯示出完全的互補性，則稱其中一個核酸分子是另一個核酸分子的“互補物”。本發(fā)明中，當一個核酸分子的每一個核苷酸都與另一個核酸分子的對應核苷酸互補時，則稱這兩個核酸分子顯示出“完全互補性”。如果兩個核酸分子能夠以足夠的穩(wěn)定性相互雜交從而使它們在至少常規(guī)的“低度嚴格”條件下退火且彼此結合，則稱這兩個核酸分子為“最低程度互補”。類似地，如果兩個核酸分子能夠以足夠的穩(wěn)定性相互雜交從而使它們在常規(guī)的“高度嚴格”條件下退火且彼此結合，則稱這兩個核酸分子具有“互補性”。從完全互補性中偏離是可以允許的，只要這種偏離不完全阻止兩個分子形成雙鏈結構。為了使一個核酸分子能夠作為引物或探針，僅需保證其在序列上具有充分的互補性，以使得在所采用的特定溶劑和鹽濃度下能形成穩(wěn)定的雙鏈結構。
[0048]本發(fā)明中，基本同源的序列是一段核酸分子，該核酸分子在高度嚴格條件下能夠和相匹配的另一段核酸分子的互補鏈發(fā)生特異性雜交。促進DNA雜交的適合的嚴格條件，例如，大約在45°C條件下用6.0X氯化鈉/檸檬酸鈉(SSC)處理，然后在50°C條件下用
2.0XSSC洗滌，這些條件對本領域技術人員是公知的。例如，在洗滌步驟中的鹽濃度可以選自低度嚴格條件的約2.0父55(:、501:到高度嚴格條件的約0.2\55(:、501:。此外，洗滌步驟中的溫度條件可以從低度嚴格條件的室溫約22°C，升高到高度嚴格條件的約65°C。溫度條件和鹽濃度可以都發(fā)生改變，也可以其中一個保持不變而另一個變量發(fā)生改變。優(yōu)選地，本發(fā)明所述嚴格條件可為在6XSSC、0.5%SDS溶液中，在65°C下與SEQ ID NO:4,SEQ ID NO:5或SEQ ID NO: 6發(fā)生特異性雜交，然后用2XSSC、0.1%SDS和I X SSC、0.1%SDS各洗膜I次。
[0049]因此，具有抗蟲活性并在嚴格條件下與本發(fā)明SEQ ID NO:4、SEQ ID N0:5或SEQID N0:6雜交的序列包括在本發(fā)明中。這些序列與本發(fā)明序列至少大約40%-50%同源，大約 60%、65% 或 70% 同源，甚至至少大約 75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%,99%或更大的序列同源性。
[0050]本發(fā)明中所述的基因和蛋白質(zhì)不但包括特定的示例序列，還包括保存了所述特定示例的蛋白質(zhì)的殺蟲活性特征的部分和/片段(包括與全長蛋白質(zhì)相比在內(nèi)和/或末端缺失)、變體、突變體、取代物(有替代氨基酸的蛋白質(zhì))、嵌合體和融合蛋白。所述“變體”或“變異”是指編碼同一蛋白或編碼有殺蟲活性的等價蛋白的核苷酸序列。所述“等價蛋白”是指與權利要求的蛋白具有相同或基本相同的抗大螟害蟲的生物活性的蛋白。
[0051]本發(fā)明中所述的DNA分子或蛋白序列的“片段”或“截短”是指涉及的原始DNA或蛋白序列(核苷酸或氨基酸)的一部分或其人工改造形式(例如適合植物表達的序列)，前述序列的長度可存在變化，但長度足以確保(編碼)蛋白質(zhì)為昆蟲毒素。
[0052]使用標準技術可以修飾基因和容易的構建基因變異體。例如，本領域熟知制造點突變的技術。又例如美國專利號5605793描述了在隨機斷裂后使用DNA重裝配產(chǎn)生其它分子多樣性的方法。可以使用`商業(yè)化核酸內(nèi)切酶制造全長基因的片段，并且可以按照標準程序使用核酸外切酶。例如，可以使用酶諸如Bal31或定點誘變從這些基因的末端系統(tǒng)地切除核苷酸。還可以使用多種限制性內(nèi)切酶獲取編碼活性片段的基因。可以使用蛋白酶直接獲得這些毒素的活性片段。
[0053]本發(fā)明可以從B.t.分離物和/或DNA文庫衍生出等價蛋白和/或編碼這些等價蛋白的基因。有多種方法獲取本發(fā)明的殺蟲蛋白。例如，可以使用本發(fā)明公開和要求保護的殺蟲蛋白的抗體從蛋白質(zhì)混合物鑒定和分離其它蛋白。特別地，抗體可能是由蛋白最恒定和與其它B.t.蛋白最不同的蛋白部分引起的。然后可以通過免疫沉淀、酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)或western印跡方法使用這些抗體專一地鑒定有特征活性的等價蛋白。可使用本領域標準程序容易的制備本發(fā)明中公開的蛋白或等價蛋白或這類蛋白的片段的抗體。然后可以從微生物中獲得編碼這些蛋白的基因。
[0054]由于遺傳密碼子的豐余性，多種不同的DNA序列可以編碼相同的氨基酸序列。產(chǎn)生這些編碼相同或基本相同的蛋白的可替代DNA序列正在本領域技術人員的技術水平內(nèi)。這些不同的DNA序列包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所述“基本上相同的”序列是指有氨基酸取代、缺失、添加或插入但實質(zhì)上不影響殺蟲活性的序列，亦包括保留殺蟲活性的片段。
[0055]本發(fā)明中氨基酸序列的取代、缺失或添加是本領域的常規(guī)技術，優(yōu)選這種氨基酸變化為:小的特性改變，即不顯著影響蛋白的折疊和/或活性的保守氨基酸取代；小的缺失，通常約1-30個氨基酸的缺失；小的氨基或羧基端延伸，例如氨基端延伸一個甲硫氨酸殘基；小的連接肽，例如約20-25個殘基長。
[0056]保守取代的實例是在下列氨基酸組內(nèi)發(fā)生的取代:堿性氨基酸(如精氨酸、賴氨酸和組氨酸)、酸性氨基酸(如谷氨酸和天冬氨酸)、極性氨基酸(如谷氨酰胺、天冬酰胺)、疏水性氨基酸(如亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)、芳香氨基酸(如苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)，以及小分子氨基酸(如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸)。通常不改變特定活性的那些氨基酸取代在本領域內(nèi)是眾所周知的，并且已由，例如，N.Neurath和R.L.Hi 11在1979年紐約學術出版社(Academic Press)出版的《Protein》中進行了描述。最常見的互換有Ala/Ser, Val/Ile, Asp/Glu, Thu/Ser, Ala/Thr, Ser/Asn, Ala/Val, Ser/Gly, Tyr/Phe, Ala/Pro, Lys/Arg, Asp/Asn, Leu/Ile, Leu/Val, Ala/Glu 和 Asp/Gly,以及它們相反的互換。
[0057]對于本領域的技術人員而言顯而易見地，這種取代可以在對分子功能起重要作用的區(qū)域之外發(fā)生，而且仍產(chǎn)生活性多肽。對于由本發(fā)明的多肽，其活性必需的并因此選擇不被取代的氨基酸殘基，可以根據(jù)本領域已知的方法，如定點誘變或丙氨酸掃描誘變進行鑒定(如參見，Cunningham 和 Wells, 1989, Science244: 1081-1085)。后一技術是在分子中每一個帶正電荷的殘基處引入突變，檢測所得突變分子的抗蟲活性，從而確定對該分子活性而言重要的氨基酸殘基。底物-酶相互作用位點也可以通過其三維結構的分析來測定，這種三維 結構可由核磁共振分析、結晶學或光親和標記等技術測定(參見，如de Vos等，1992，Science255:306-312 ;Smith 等，1992，J.Mol.Biol224:899-904 ；fflodaver 等，1992，F(xiàn)EBSLetters309:59_64)。
[0058]在本發(fā)明中，CrylA蛋白包括但不限于CrylAb、CrylA.105或CrylAc蛋白，或者與上述蛋白的氨基酸序列具有至少70%同源性且對大螟具有殺蟲活性的殺蟲片段或功能區(qū)域。
[0059]因此，與序列1、2和/或3所示的氨基酸序列具有一定同源性的氨基酸序列也包括在本發(fā)明中。這些序列與本發(fā)明序列類似性/相同性典型的大于60%，優(yōu)選的大于75%，更優(yōu)選的大于80%，甚至更優(yōu)選的大于90%，并且可以大于95%。也可以根據(jù)更特定的相同性和/或類似性范圍定義本發(fā)明的優(yōu)選的多核苷酸和蛋白質(zhì)。例如與本發(fā)明示例的序列有49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98% 或 99% 的相同性和 / 或類似性。
[0060]本發(fā)明中所述調(diào)控序列包括但不限于啟動子、轉(zhuǎn)運肽、終止子，增強子，前導序列，內(nèi)含子以及其它可操作地連接到所述CrylA蛋白、Vip3A蛋白和其它Cry類蛋白的調(diào)節(jié)序列。
[0061]所述啟動子為植物中可表達的啟動子，所述的“植物中可表達的啟動子”是指確保與其連接的編碼序列在植物細胞內(nèi)進行表達的啟動子。植物中可表達的啟動子可為組成型啟動子。指導植物內(nèi)組成型表達的啟動子的示例包括但不限于，來源于花椰菜花葉病毒的35S啟動子、玉米Ubi啟動子、水稻G0S2基因的啟動子等。備選地，植物中可表達的啟動子可為組織特異的啟動子，即該啟動子在植物的一些組織內(nèi)如在綠色組織中指導編碼序列的表達水平高于植物的其他組織(可通過常規(guī)RNA試驗進行測定)，如PEP羧化酶啟動子。備選地，植物中可表達的啟動子可為創(chuàng)傷誘導啟動子。創(chuàng)傷誘導啟動子或指導創(chuàng)傷誘導的表達模式的啟動子是指當植物經(jīng)受機械或由昆蟲啃食引起的創(chuàng)傷時，啟動子調(diào)控下的編碼序列的表達較正常生長條件下有顯著提高。創(chuàng)傷誘導啟動子的示例包括但不限于，馬鈴薯和西紅柿的蛋白酶抑制基因(Pin I和pin II)和玉米蛋白酶抑制基因(MPI)的啟動子。
[0062]所述轉(zhuǎn)運肽(又稱分泌信號序列或?qū)蛐蛄?是指導轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物到特定的細胞器或細胞區(qū)室，對受體蛋白質(zhì)來說，所述轉(zhuǎn)運肽可以是異源的，例如，利用編碼葉綠體轉(zhuǎn)運肽序列靶向葉綠體，或者利用‘KDEL’保留序列靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，或者利用大麥植物凝集素基因的CTPP靶向液泡。
[0063]所述前導序列包含但不限于，小RNA病毒前導序列，如EMCV前導序列(腦心肌炎病毒5’非編碼區(qū))；馬鈴薯Y病毒組前導序列，如MDMV (玉米矮縮花葉病毒)前導序列；人類免疫球蛋白質(zhì)重鏈結合蛋白質(zhì)(BiP);苜蓿花葉病毒的外殼蛋白質(zhì)mRNA的不翻譯前導序列(AMV RNA4);煙草花葉病毒(TMV)前導序列。
[0064]所述增強子包含但不限于，花椰菜花葉病毒(CaMV)增強子、玄參花葉病毒(FMV)增強子、康乃馨風化環(huán)病毒(CERV)增強子、木薯脈花葉病毒(CsVMV)增強子、紫茉莉花葉病毒(MMV)增強子、夜香樹黃化曲葉病毒(CmYLCV)增強子、木爾坦棉花曲葉病毒(CLCuMV)、鴨跖草黃斑駁病毒(CoYMV)和花生褪綠線條花葉病毒(PCLSV)增強子。
[0065]對于單子葉植物應用而言，所述內(nèi)含子包含但不限于，玉米hsp70內(nèi)含子、玉米泛素內(nèi)含子、Adh內(nèi)含子1、蔗糖合酶內(nèi)含子或水稻Actl內(nèi)含子。對于雙子葉植物應用而言，所述內(nèi)含子包含但不限于，CAT-1內(nèi)含子、pKANNIBAL內(nèi)含子、PIV2內(nèi)含子和“超級泛素”內(nèi)含子。
[0066]所述終止子可以為在植物中起作用的適合多聚腺苷酸化信號序列，包括但不限于，來源于農(nóng)桿菌(Agrobacterium tumefaciens)胭脂堿合成酶(NOS)基因的多聚腺苷酸化信號序列、來源于蛋白酶抑制劑II (pin II)基因的多聚腺苷酸化信號序列、來源于豌豆ssRUBISCO E9基因的多聚腺苷酸化信號序列和來源于α -微管蛋白(a -tubulin)基因的多聚腺苷酸化信號序列。
[0067]本發(fā)明中所述“有效連接”表示核酸序列的聯(lián)結，所述聯(lián)結使得一條序列可提供對相連序列來說需要的功能。在本發(fā)明中所述“有效連接”可以為將啟動子與感興趣的序列相連，使得該感興趣的序列的轉(zhuǎn)錄受到該啟動子控制和調(diào)控。當感興趣的序列編碼蛋白并且想要獲得該蛋白的表達時“有效連接”表示:啟動子與所述序列相連，相連的方式使得得到的轉(zhuǎn)錄物高效翻譯。如果啟動子與編碼序列的連接是轉(zhuǎn)錄物融合并且想要實現(xiàn)編碼的蛋白的表達時，制造這樣的連接，使得得到的轉(zhuǎn)錄物中第一翻譯起始密碼子是編碼序列的起始密碼子。備選地，如果啟動子與編碼序列的連接是翻譯融合并且想要實現(xiàn)編碼的蛋白的表達時，制造這樣的連接，使得5’非翻譯序列中含有的第一翻譯起始密碼子與啟動子相連結，并且連接方式使得得到的翻譯產(chǎn)物與編碼想要的蛋白的翻譯開放讀碼框的關系是符合讀碼框的。可以“有效連接”的核酸序列包括但不限于:提供基因表達功能的序列(即基因表達元件，例如啟動子、5’非翻譯區(qū)域、內(nèi)含子、蛋白編碼區(qū)域、3’非翻譯區(qū)域、聚腺苷化位點和/或轉(zhuǎn)錄終止子)、提供DNA轉(zhuǎn)移和/或整合功能的序列(即T-DNA邊界序列、位點特異性重組酶識別位點、整合酶識別位點)、提供選擇性功能的序列(即抗生素抗性標記物、生物合成基因)、提供可計分標記物功能的序列、體外或體內(nèi)協(xié)助序列操作的序列(即多接頭序列、位點特異性重組序列)和提供復制功能的序列(即細菌的復制起點、自主復制序列、著絲粒序列)。 [0068]本發(fā)明中所述的“殺蟲”是指對農(nóng)作物害蟲是有毒的。更具體地，目標昆蟲是大螟害蟲。
[0069]本發(fā)明中CrylA蛋白對大螟害蟲具有毒性。本發(fā)明中的植物，特別是高粱和玉米，在其基因組中含有外源DNA，所述外源DNA包含編碼CrylA蛋白的核苷酸序列，大螟害蟲通過攝食植物組織與該蛋白接觸，接觸后大螟害蟲生長受到抑制并最終導致死亡。抑制是指致死或亞致死。同時，植物在形態(tài)上應是正常的，且可在常規(guī)方法下培養(yǎng)以用于產(chǎn)物的消耗和/或生成。此外，該植物可基本消除對化學或生物殺蟲劑的需要(所述化學或生物殺蟲劑為針對CrylA蛋白所靶向的大螟害蟲的殺蟲劑)。
[0070]植物材料中殺蟲晶體蛋白(ICP)的表達水平可通過本領域內(nèi)所描述的多種方法進行檢測，例如通過應用特異引物對組織內(nèi)產(chǎn)生的編碼殺蟲蛋白質(zhì)的mRNA進行定量，或直接特異性檢測產(chǎn)生的殺蟲蛋白質(zhì)的量。
[0071]可以應用不同的試驗測定植物中ICP的殺蟲效果。本發(fā)明中目標昆蟲主要為大螟。
[0072]本發(fā)明中，所述CrylA蛋白可以具有序列表中SEQ ID NO: 1、SEQ ID N0:2和/或SEQ ID N0:3所示的氨基酸序列。除了包含CrylA蛋白的編碼區(qū)外，也可包含其他元件，例如編碼選擇性標記的蛋白質(zhì)。
[0073]此外，包含編碼本發(fā)明CrylA蛋白的核苷酸序列的表達盒在植物中還可以與至少一種編碼除草劑抗性基因的蛋白質(zhì)一起表達，所述除草劑抗性基因包括但不限于，草胺膦抗性基因(如bar基因、pat基因)、苯敵草抗性基因(如pmph基因)、草甘膦抗性基因(如EPSPS基因)、溴苯腈(bromoxynil)抗性基因、磺酰脲抗性基因、對除草劑茅草枯的抗性基因、對氨腈的抗性基因或谷氨酰胺合成酶抑制劑(如PPT)的抗性基因，從而獲得既具有高殺蟲活性、又具有除草劑抗性的轉(zhuǎn)基因植物。[0074]本發(fā)明中，將外源DNA導入植物，如將編碼所述CrylA蛋白的基因或表達盒或重組載體導入植物細胞，常規(guī)的轉(zhuǎn)化方法包括但不限于，農(nóng)桿菌介導的轉(zhuǎn)化、微量發(fā)射轟擊、直接將DNA攝入原生質(zhì)體、電穿孔或晶須硅介導的DNA導入。
[0075]本發(fā)明提供了一種控制害蟲的方法，具有以下優(yōu)點:
[0076]1、內(nèi)因防治。現(xiàn)有技術主要是通過外部作用即外因來控制大螟害蟲的危害，如農(nóng)業(yè)防治、化學防治和生物防治；而本發(fā)明是通過植物體內(nèi)產(chǎn)生能夠殺死大螟的CrylA蛋白來控制大螟害蟲的，即通過內(nèi)因來防治。
[0077]2、無污染、無殘留。現(xiàn)有技術使用的化學防治方法雖然對控制大螟害蟲的危害起到了一定作用，但同時也對人、畜和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)帶來了污染、破壞和殘留；使用本發(fā)明控制大螟害蟲的方法，可以消除上述不良后果。
[0078]3、全生育期防治。現(xiàn)有技術使用的控制大螟害蟲的方法都是階段性的，而本發(fā)明是對植物進行全生育期的保護，轉(zhuǎn)基因植物(CrylA蛋白)從發(fā)芽、生長，一直到開花、結果，都可以避免遭受大螟的侵害。
[0079]4、全植株防治。現(xiàn)有技術使用的控制大螟害蟲的方法大多是局部性的，如葉面噴施；而本發(fā)明是對整個植株進行保護，如轉(zhuǎn)基因植物(CrylA蛋白)的葉片、莖桿、雄穗、雌穗、花藥、花絲等都是可以抵抗大螟侵害的。
[0080]5、效果穩(wěn)定。 現(xiàn)有技術使用的生物殺蟲劑需要直接噴施到作物表面，因此造成有活性的結晶蛋白(包括CrylA蛋白)在環(huán)境中被降解；本發(fā)明是使所述CrylA蛋白在植物體內(nèi)進行表達，有效地避免了生物殺蟲劑在自然界不穩(wěn)定的缺陷，且本發(fā)明轉(zhuǎn)基因植物(CrylA蛋白)的防治效果在不同地點、不同時間、不同遺傳背景也都是穩(wěn)定一致的。
[0081]6、簡單、方便、經(jīng)濟。現(xiàn)有技術使用的生物殺蟲劑在環(huán)境中易被降解，因此需要重復生產(chǎn)和重復應用，并為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的實際應用帶來困難，大大地增加了成本；本發(fā)明只需種植能夠表達CrylA蛋白的轉(zhuǎn)基因植物即可，而不需要采用其它措施，從而節(jié)省了大量人力、物力和財力。
[0082]7、效果徹底。現(xiàn)有技術使用的控制大螟害蟲的方法，其效果是不徹底的，只起到減輕作用；而本發(fā)明轉(zhuǎn)基因植物(CrylA蛋白)可以造成初孵大螟幼蟲的大量死亡，且對小部分存活幼蟲發(fā)育進度造成極大的抑制，3天后幼蟲基本仍處于初孵狀態(tài)，都是明顯的發(fā)育不良，且已停止發(fā)育，而轉(zhuǎn)基因植物大體上只受到輕微損傷。
[0083]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0084]圖1為本發(fā)明控制害蟲的方法的含有CrylAb-Ol核苷酸序列的重組克隆載體DBNOl-T構建流程圖；
[0085]圖2為本發(fā)明控制害蟲的方法的含有CrylAb-Ol核苷酸序列的重組表達載體DBN100124構建流程圖；
[0086]圖3為本發(fā)明控制害蟲的方法的轉(zhuǎn)基因玉米植株接種大螟的葉片損傷圖；
[0087]圖4為本發(fā)明控制害蟲的方法的轉(zhuǎn)基因水稻植株接種大螟的葉片損傷圖。
【具體實施方式】[0088]下面通過具體實施例進一步說明本發(fā)明控制害蟲的方法的技術方案。
[0089]第一實施例、CrylA基因的獲得和合成
[0090]1、獲得CrylA核苷酸序列
[0091]CrylAb-Ol殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(818個氨基酸)，如序列表中SEQ ID NO:1所示；編碼相應于所述CrylAb-Ol殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(818個氨基酸)的CrylAb-Ol核苷酸序列(2457個核苷酸)，如序列表中SEQ ID N0:4所示。CrylAb_02殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(615個氨基酸)，如序列表中SEQ ID NO: 2所示；編碼相應于所述CrylAb-02殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(615個氨基酸)的CrylAb-02核苷酸序列(1848個核苷酸)，如序列表中SEQ ID NO:5 所示。
[0092]CrylA.105殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(1177個氨基酸)，如序列表中SEQ ID N0:3所示；編碼相應于所述CrylA.105殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(1177個氨基酸)的CrylA.105核苷酸序列(3534個核苷酸)，如序列表中SEQ ID N0:6所示。
[0093]2、獲得Vip類核苷酸序列
[0094]編碼Vip3Aa殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(789個氨基酸)的Vip3Aa核苷酸序列(2370個核苷酸)，如序列表中SEQ ID N0:7所示。
[0095]3、獲得Cry類核苷酸序列
[0096]編碼Cry2Ab殺蟲蛋白質(zhì)的氨基酸序列(634個氨基酸)的Cry2Ab核苷酸序列(1905個核苷酸)，如序列表中SEQ ID N0:8所示。
[0097]4、合成上述核苷酸序列
[0098]所述CrylAb-Ol核苷酸序列(如序列表中SEQ ID NO:4所示)、所述CrylAb-02核苷酸序列(如序列表中SEQ ID NO: 5所示)、所述CrylA.105核苷酸序列(如序列表中SEQ IDN0:6所示)、所述Vip3Aa核苷酸序列(如序列表中SEQ ID NO: 7所示)和所述Cry2Ab核苷酸序列(如序列表中SEQ ID N0:8所示)由南京金斯瑞生物科技有限公司合成。合成的所述CrylAb-Ol核苷酸序列(SEQ ID NO: 4)的5’端還連接有NcoI酶切位點，所述CrylAb-Ol核苷酸序列(SEQ ID NO:4)的3’端還連接有SpeI酶切位點；合成的所述CrylAb-02核苷酸序列(SEQ ID NO: 5)的5’端還連接有NcoI酶切位點，所述CrylAb-02核苷酸序列(SEQ IDNO:5) ^ 3，端還連接有SpeI酶切位點；合成的所述CrylA.105核苷酸序列(SEQ ID N0:6)的5’端還連接有NcoI酶切位點，所述CrylA.105核苷酸序列(SEQ ID NO:6)的3’端還連接有HindIII酶切位點；合成的所述Vip3Aa核苷酸序列(SEQ ID NO:7)的5’端還連接有ScaI酶切位點，所述Vip3Aa核苷酸序列(SEQ ID NO: 7)的3’端還連接有SpeI酶切位點；合成的所述Cry2Ab核苷酸序列(SEQ ID NO:8)的5’端還連接有NcoI酶切位點，所述Cry2Ab核苷酸序列(SEQ ID N0:8)的3’端還連接有SpeI酶切位點。
[0099]第二實施例、重組表達載體的構建及重組表達載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌
[0100]1、構建含有CrylA基因的重組克隆載體
[0101]將合成的CrylAb-Ol核苷酸序列連入克隆載體pGEM-T (Promega, Madison, USA,CAT:A3600)上，操作步驟按Promega公司產(chǎn)品pGEM_T載體說明書進行，得到重組克隆載體DBN01-T，其構建流程如圖1所示(其中，Amp表示氨芐青霉素抗性基因；fl表示噬菌體fl的復制起點；LacZ為LacZ起始密碼子；SP6為SP6RNA聚合酶啟動子；T7為T7RNA聚合酶啟動子；CryIAb-OI為CrylAb-Ol核苷酸序列(SEQ ID NO:4) ；MCS為多克隆位點)。[0102]然后將重組克隆載體DBNOl-T用熱激方法轉(zhuǎn)化大腸桿菌Tl感受態(tài)細胞(Transgen, Beijing, China, CAT:CD501 )，其熱激條件為:50 μ I大腸桿菌Tl感受態(tài)細胞、10 μ I質(zhì)粒DNA(重組克隆載體DBN01-T)，42°C水浴30秒；37°C振蕩培養(yǎng)I小時(IOOrpm轉(zhuǎn)速下?lián)u床搖動)，在表面涂有IPTG(異丙基硫代-β -D-半乳糖苷)和X-gal(5_溴-4-氯-3- Π引哚-β -D-半乳糖苷)的氨芐青霉素(100毫克/升)的LB平板(胰蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaC110g/L，瓊脂15g/L，用NaOH調(diào)pH至7.5)上生長過夜。挑取白色菌落，在LB液體培養(yǎng)基(胰蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaC110g/L，氨芐青霉素100mg/L，用NaOH調(diào)pH至7.5)中于溫度37°C條件下培養(yǎng)過夜。堿法提取其質(zhì)粒:將菌液在12000rpm轉(zhuǎn)速下離心Imin,去上清液,沉淀菌體用100 μ I冰預冷的溶液I (25mM Tris-HCl, IOmM EDTA(乙二胺四乙酸)，50mM葡萄糖，pH8.0)懸浮；加入150μ I新配制的溶液II (0.2Μ NaOH,1%SDS(十二烷基硫酸鈉))，將管子顛倒4次，混合，置冰上3-5min ;加入150 μ I冰冷的溶液III (4Μ醋酸鉀，2Μ醋酸)，立即充分混勻，冰上放置5-10min ;于溫度4°C、轉(zhuǎn)速12000rpm條件下離心5min，在上清液中加入2倍體積無水乙醇，混勻后室溫放置5min ;于溫度4°C、轉(zhuǎn)速12000rpm條件下離心5min，棄上清液，沉淀用濃度(V/V)為70%的乙醇洗滌后晾干；加入 30μ I 含 RNase (20μ g/ml)的 TE (IOmM Tris-HCl, ImM EDTA，PH8.0)溶解沉淀；于溫度37°C下水浴30min，消化RNA ;于溫度_20°C保存?zhèn)溆谩?br> [0103]提取的質(zhì)粒經(jīng)KpnI和BglI酶切鑒定后，對陽性克隆進行測序驗證，結果表明重組克隆載體DBN01-T中插入的所述CrylAb-Ol核苷酸序列為序列表中SEQ ID N0:4所示的核苷酸序列，即CrylAb-Ol核苷酸序列正確插入。
[0104]按照上述構建重組克隆載體DBN01-T的方法，將合成的所述CrylAb-02核苷酸序列連入克隆載體pGEM-T上，得到重組克隆載體DBN02-T，其中，CrylAb-02為CrylAb-02核苷酸序列(SEQ ID NO: 5)。酶切和測序驗證重組克隆載體DBN02-T中所述CrylAb-02核苷酸序列正確插入。
[0105]按照上述構建重組克隆載體DBN01-T的方法，將合成的所述CrylA.105核苷酸序列連入克隆載體pGEM-T上，得到重組克隆載體DBN03-T，其中，CrylA.105為CrylA.105核苷酸序列(SEQ ID N0:6)。酶切和測序驗證重組克隆載體DBN03-T中所述CrylA.105核苷酸序列正確插入。
[0106]按照上述構建重組克隆載體DBN01-T的方法，將合成的所述Vip3Aa核苷酸序列連入克隆載體pGEM-T上，得到重組克隆載體DBN04-T，其中，Vip3Aa為Vip3Aa核苷酸序列(SEQ ID N0:7)。酶切和測序驗證重組克隆載體DBN04-T中所述Vip3Aa核苷酸序列正確插入。
[0107]按照上述構建重組克隆載體DBN01-T的方法，將合成的所述Cry2Ab核苷酸序列連入克隆載體PGEM-T上，得到重組克隆載體DBN05-T，其中，Cry2Ab為Cry2Ab核苷酸序列(SEQ ID N0:8)。酶切和測序驗證重組克隆載體DBN05-T中所述Cry2Ab核苷酸序列正確插入。
[0108]2、構建含有CrylA基因的重組表達載體
[0109]用限制性內(nèi)切酶NcoI和SpeI分別酶切重組克隆載體DBN01-T和表達載體DBNBC-01 (載體骨架:pCAMBIA2301 (CAMBIA機構可以提供))，將切下的CrylAb-Ol核苷酸序列片段插到表達載體DBN`BC-01的NcoI和SpeI位點之間，利用常規(guī)的酶切方法構建載體是本領域技術人員所熟知的，構建成重組表達載體DBN100124，其構建流程如圖2所示(Kan:卡那霉素基因；RB:右邊界；Ub1:玉米Ubiquitin (泛素)基因啟動子(SEQ ID N0:9)；CrylAb-Ol:CryIAb-Ol核苷酸序列(SEQ ID N0:4) ;Nos:胭脂堿合成酶基因的終止子(SEQID NO: 10) ；PM1:磷酸甘露糖異構酶基因(SEQ ID NO: 11) ;LB:左邊界)。
[0110]將重組表達載體DBN100124用熱激方法轉(zhuǎn)化大腸桿菌Tl感受態(tài)細胞，其熱激條件為:50μ I大腸桿菌Tl感受態(tài)細胞、10 μ I質(zhì)粒DNA (重組表達載體DBN100124)，42 °C水浴30秒；37°C振蕩培養(yǎng)I小時(IOOrpm轉(zhuǎn)速下?lián)u床搖動)；然后在含50mg/L卡那霉素(Kanamycin)的LB固體平板(胰蛋白胨10g/L,酵母提取物5g/L,NaC110g/L,瓊脂15g/L,用NaOH調(diào)pH至7.5)上于溫度37°C條件下培養(yǎng)12小時，挑取白色菌落，在LB液體培養(yǎng)基(胰蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaC110g/L，卡那霉素50mg/L，用NaOH調(diào)pH至7.5)中于溫度37°C條件下培養(yǎng)過夜。堿法提取其質(zhì)粒。將提取的質(zhì)粒用限制性內(nèi)切酶NcoI和SpeI酶切后鑒定，并將陽性克隆進行測序鑒定，結果表明重組表達載體DBN100124在NcoI和SpeI位點間的核苷酸序列為序列表中SEQ ID N0:4所示核苷酸序列，即CrylAb-Ol核苷酸序列。
[0111]按照上述構建重組表達載體DBN100124的方法，將NcoI和SpeI酶切重組克隆載體DBN02-T切下的所述CrylA b-02核苷酸序列插入表達載體DBNBC-Ol，得到重組表達載體DBN100053。酶切和測序驗證重組表達載體DBN100053中的核苷酸序列含有為序列表中SEQID NO:5所示核苷酸序列，即CrylAb-02核苷酸序列，所述CrylAb-02核苷酸序列可以連接所述Ubi啟動子和Nos終止子。
[0112]按照上述構建重組表達載體DBN100124的方法，將NcoI和Spe1、ScaI和SpeI分別酶切重組克隆載體DBNOl-T和DBN04-T切下的所述CrylAb-Ol核苷酸序列和Vip3Aa核苷酸序列插入表達載體DBNBC-Ol，得到重組表達載體DBN100003。酶切和測序驗證重組表達載體DBN100003中的核苷酸序列含有為序列表中SEQ ID N0:4和SEQ ID N0:7所示核苷酸序列，即CrylAb-Ol核苷酸序列和Vip3Aa核苷酸序列，所述CrylAb-Ol核苷酸序列和所述Vip3Aa核苷酸序列可以連接所述Ubi啟動子和Nos終止子。
[0113]按照上述構建重組表達載體DBN100124的方法，將NcoI和HindIII酶切重組克隆載體DBN03-T切下的所述CrylA.105核苷酸序列插入表達載體DBNBC-Ol，得到重組表達載體DBN100029。酶切和測序驗證重組表達載體DBN100029中的核苷酸序列含有為序列表中SEQ ID NO:6所示核苷酸序列，即CrylA.105核苷酸序列，所述CrylA.105核苷酸序列可以連接所述Ubi啟動子和Nos終止子。
[0114]按照上述構建重組表達載體DBN100124的方法，將NcoI和HindII1、NcoI和SpeI分別酶切重組克隆載體DBN03-T和DBN05-T切下的所述CrylA.105核苷酸序列和Cry2Ab核苷酸序列插入表達載體DBNBC-Ol，得到重組表達載體DBN100076。酶切和測序驗證重組表達載體DBN100076中的核苷酸序列含有為序列表中SEQ ID N0:6和SEQ ID N0:8所示核苷酸序列，即CrylA.105核苷酸序列和Cry2Ab核苷酸序列，所述CrylA.105核苷酸序列和所述Cry2Ab核苷酸序列可以連接所述Ubi啟動子和Nos終止子。
[0115]3、重組表達載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌
[0116]對己經(jīng)構建正確的重組表達載體DBN100124、DBN100053、DBN100003、DBN100029和 DBN100076 用液氮法轉(zhuǎn)化到農(nóng)桿菌 LBA4404 (Invitrgen, Chicago,USA, CAT:18313-015)中，其轉(zhuǎn)化條件為:100 μ L農(nóng)桿菌LBA4404、3 μ L質(zhì)粒DNA (重組表達載體)；置于液氮中10分鐘，37°C溫水浴10分鐘；將轉(zhuǎn)化后的農(nóng)桿菌LBA4404接種于LB試管中于溫度28°C、轉(zhuǎn)速為200rpm條件下培養(yǎng)2小時，涂于含50mg/L的利福平(Rifampicin)和100mg/L的卡那霉素(Kanamycin)的LB平板上直至長出陽性單克隆，挑取單克隆培養(yǎng)并提取其質(zhì)粒，用限制性內(nèi)切酶AhdI和XbaI對重組表達載體DBN100124，用限制性內(nèi)切酶AhdI和XhoI對重組表達載體DBN100053和DBN100003，用限制性內(nèi)切酶StyI和XhoI對重組表達載體DBN100029和DBN100076酶切后進行酶切驗證，結果表明重組表達載體DBN100124、DBN100003、DBN100053.DBN100029 和 DBN100076 結構完全正確。
[0117]第三實施例、轉(zhuǎn)入CrylA基因的玉米植株的獲得及驗證
[0118]1、獲得轉(zhuǎn)入CrylA基因的玉米植株
[0119]按照常規(guī)采用的農(nóng)桿菌侵染法，將無菌培養(yǎng)的玉米品種綜31 (Z31)的幼胚與第二實施例中3所述的農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，以將第二實施例中2構建的重組表達載體DBN100124、DBN100053、DBN100003、DBN100029 和 DBN100076 中的 T-DNA(包括玉米 Ubiquitin 基因的啟動子序列、CrylAb-Ol核苷酸序列、CrylAb-02核苷酸序列、CrylA.105核苷酸序列、Vip3Aa核苷酸序列、Cry2Ab核苷酸序列、PMI基因和Nos終止子序列)轉(zhuǎn)入到玉米染色體組中，獲得了轉(zhuǎn)入CrylAb-Ol核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-02核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-01-Vip3Aa核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylA.105核苷酸序列的玉米植株和轉(zhuǎn)入 CrylA.105_Cry2Ab核苷酸序列的玉米植株；同時以野生型玉米植株作為對照。
[0120]對于農(nóng)桿菌介導的玉米轉(zhuǎn)化，簡要地，從玉米中分離未成熟的幼胚，用農(nóng)桿菌懸浮液接觸幼胚，其中農(nóng)桿菌能夠?qū)rylAb-Ol核苷酸序列、CrylAb-02核苷酸序列、CryIAb-O1-Vip3Aa核苷酸序列、CrylA.105核苷酸序列和/或CrylA.105_Cry2Ab核苷酸序列傳遞至幼胚之一的至少一個細胞(步驟1:侵染步驟)，在此步驟中，幼胚優(yōu)選地浸入農(nóng)桿菌懸浮液(0D660=0.4-0.6，侵染培養(yǎng)基(MS鹽4.3g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖 68.5g/L、葡萄糖 36g/L、乙酰丁香酮(AS) 40mg/L、2, 4- 二氯苯氧乙酸(2，4-D) lmg/L,pH5.3))中以啟動接種。幼胚與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)一段時期(3天)(步驟2:共培養(yǎng)步驟)。優(yōu)選地，幼胚在侵染步驟后在固體培養(yǎng)基(MS鹽4.3g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖20g/L、葡萄糖 10g/L、乙酰丁香酮(AS) 100mg/L、2, 4- 二氯苯氧乙酸(2，4-D) lmg/L、瓊脂 8g/L,PH5.8)上培養(yǎng)。在此共培養(yǎng)階段后，可以有一個選擇性的“恢復”步驟。在“恢復”步驟中，恢復培養(yǎng)基(MS鹽4.3g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖30g/L、2，4- 二氯苯氧乙酸(2, 4-D) lmg/L、瓊脂8g/L, pH5.8)中至少存在一種己知抑制農(nóng)桿菌生長的抗生素(頭孢霉素)，不添加植物轉(zhuǎn)化體的選擇劑(步驟3:恢復步驟)。優(yōu)選地，幼胚在有抗生素但沒有選擇劑的固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，以消除農(nóng)桿菌并為侵染細胞提供恢復期。接著，接種的幼胚在含選擇劑(甘露糖)的培養(yǎng)基上培養(yǎng)并選擇生長著的轉(zhuǎn)化愈傷組織(步驟4:選擇步驟)。優(yōu)選地，幼胚在有選擇劑的篩選固體培養(yǎng)基(MS鹽4.3g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖5g/L、甘露糖12.5g/L、2，4- 二氯苯氧乙酸(2，4-D) lmg/L、瓊脂8g/L，pH5.8)上培養(yǎng)，導致轉(zhuǎn)化的細胞選擇性生長。然后，愈傷組織再生成植物(步驟5:再生步驟)，優(yōu)選地，在含選擇劑的培養(yǎng)基上生長的愈傷組織在固體培養(yǎng)基(MS分化培養(yǎng)基和MS生根培養(yǎng)基)上培養(yǎng)以再生植物。
[0121]篩選得到的抗性愈傷組織轉(zhuǎn)移到所述MS分化培養(yǎng)基(MS鹽4.3g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖30g/L、6-芐基腺嘌呤2mg/L、甘露糖5g/L、瓊脂8g/L，pH5.8)上，25°C下培養(yǎng)分化。分化出來的小苗轉(zhuǎn)移到所述MS生根培養(yǎng)基(MS鹽2.15g/L、MS維他命、干酪素300mg/L、蔗糖30g/L、吲哚-3-乙酸lmg/L、瓊脂8g/L，pH5.8)上，25°C下培養(yǎng)至約IOcm高，移至溫室培養(yǎng)至結實。在溫室中，每天于28°C下培養(yǎng)16小時，再于20°C下培養(yǎng)8小時。
[0122]2、用TaqMan驗證轉(zhuǎn)入CrylA基因的玉米植株
[0123]分別取轉(zhuǎn)入CrylAb-Ol核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-02核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-01-Vip3Aa核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylA.105核苷酸序列的玉米植株和轉(zhuǎn)入CrylA.105_Cry2Ab核苷酸序列的玉米植株的葉片約IOOmg作為樣品，用Qiagen的DNeasy Plant Maxi Kit提取其基因組DNA,通過Taqman探針突光定量PCR方法檢測CrylA基因、Vip3Aa基因和Cry2Ab基因的拷貝數(shù)。同時以野生型玉米植株作為對照，按照上述方法進行檢測分析。實驗設3次重復，取平均值。
[0124]檢測CrylA基因、Vip3Aa基因和Cry2Ab基因拷貝數(shù)的具體方法如下:
[0125]步驟11、分別取轉(zhuǎn)入CrylAb-Ol核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-02核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylAb-01-Vip3Aa核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylA.105核苷酸序列的玉米植株、轉(zhuǎn)入CrylA.105_Cry2Ab核苷酸序列的玉米植株和野生型玉米植株的葉片各lOOmg，分別在研缽中用液氮研成勻漿，每個樣品取3個重復；
[0126]步驟12、使用Qiagen的DNeasy Plant Mini Kit提取上述樣品的基因組DNA,具體方法參考其產(chǎn)品說明書；
[0127]步驟13、用NanoDrop2000 (Thermo Scientific)測定上述樣品的基因組DNA濃度；
[0128]步驟14、調(diào)整上述樣品的基因組DNA濃度至同一濃度值，所述濃度值的范圍為80_100ng/μ I ；
[0129]步驟15、采用Taqman探針熒光定量PCR方法鑒定樣品的拷貝數(shù)，以經(jīng)過鑒定已知拷貝數(shù)的樣品作為標準品，以野生型玉米植株的樣品作為對照，每個樣品3個重復，取其平均值；熒光定量PCR引物和探針序列分別是:
[0130]以下引物和探針用來檢測CrylAb-Ol核苷酸序列:
[0131]引物I (CFl):CGAACTACGACTCCCGCAC 如序列表中 SEQ ID NO: 12 所示；
[0132]引物2 (CRl):GTAGATTTCGCGGGTCAGTTG 如序列表中 SEQ ID NO: 13 所示；
[0133]探針I(yè) (CPl):CTACCCGATCCGCACCGTGTCC 如序列表中 SEQ ID NO: 14 所示；
[0134]以下引物和探針用來檢測CrylAb-02核苷酸序列:
[0135]引物3 (CF2):TGCGTATTCAATTCAACGACATG 如序列表中 SEQ ID NO: 15 所示；
[0136]引物4 (CR2):CTTGGTAGTTCTGGACTGCGAAC 如序列表中 SEQ ID NO: 16 所示；
[0137]探針2 (CP2):CAGCGCCTTGACCACAGCTATCCC 如序列表中 SEQ ID NO: 17 所示；
[0138]以下引物和探針用來檢測Vip3Aa核苷酸序列:
[0139]引物5 (VFl):ATTCTCGAAATCTCCCCTAGCG 如序列表中 SEQ ID NO: 18 所示；
[0140]引物6 (VRl):GCTGCCAGTGGATGTCCAG 如序列表中 SEQ ID NO: 19 所示；
[0141]探針3 (VPl):CTCCTGAGCCCCGAGCTGATTAACACC 如序列表中 SEQ ID NO:20 所示；
[0142]以下引物和探針用來檢測CrylA.105核苷酸序列:
[0143]引物7 (CF3):GCGCATCCAGTTCAACGAC 如序列表中 SEQ ID N0:21 所示；
[0144]引物8 (C`R3):GTTCTGGACGGCGAAGAGTG 如序列表中 SEQ ID NO: 22 所示；[0145]探針4 (CP3):TGAACAGCGCCCTGACCACCG 如序列表中 SEQ ID NO: 23 所示；
[0146]以下引物和探針用來檢測Cry2Ab核苷酸序列:
[0147]引物9 (CF4):CTGATACCCTTGCTCGCGTC 如序列表中 SEQ ID N0:24 所示；
[0148]引物10 (CR4):CACTTGGCGGTTGAACTCCTC 如序列表中 SEQ ID NO: 25 所示；
[0149]探針5 (CP4):CGCTGAGCTGACGGGTCTGCAAG 如序列表中 SEQ ID NO: 26 所示；
[0150]PCR反應體系為:
[0151]
【權利要求】
1.一種控制大螟害蟲的方法，其特征在于，包括將大螟害蟲與CrylA蛋白接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylA蛋白為CrylAb 蛋白、CrylAc 蛋白或 CrylA.105 蛋白。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylAb蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylAb蛋白的植物細胞中，所述大螟害蟲通過攝食所述植物細胞與所述CrylAb蛋白接觸。
4.根據(jù)權利要求3所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylAb蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylAb蛋白的轉(zhuǎn)基因植物中，所述大螟害蟲通過攝食所述轉(zhuǎn)基因植物的組織與所述CrylAb蛋白接觸，接觸后所述大螟害蟲生長受到抑制并最終導致死亡，以實現(xiàn)對大螟危害植物的控制。
5.根據(jù)權利要求2所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylA.105蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylA.105蛋白的植物細胞中，所述大螟害蟲通過攝食所述植物細胞與所述CrylA.105蛋白接觸。
6.根據(jù)權利要求5所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylA.105蛋白存在于產(chǎn)生所述CrylA.105蛋白的轉(zhuǎn)基因植物中，所述大螟害蟲通過攝食所述轉(zhuǎn)基因植物的組織與所述CrylA.105蛋白接觸，接觸后所述大螟害蟲生長受到抑制并最終導致死亡，以實現(xiàn)對大螟危害植物的控制。
7.根據(jù)權利要 求4或6所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)基因植物可以處于任意生育期。
8.根據(jù)權利要求4或6所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)基因植物的組織可以為葉片、莖桿、果實、雄穗、雌穗、花藥或花絲。
9.根據(jù)權利要求4或6所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述對大螟危害植物的控制不因種植地點的改變而改變。
10.根據(jù)權利要求4或6所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述對大螟危害植物的控制不因種植時間的改變而改變。
11.根據(jù)權利要求3至10任一項所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述植物可以來自玉米、水稻、高粱、麥、粟、棉花、蘆葦、甘蔗、茭白、蠶豆或油菜。
12.根據(jù)權利要求1至11任一項所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述接觸步驟之前的步驟為種植含有編碼所述CrylA蛋白的多核苷酸的植物。
13.根據(jù)權利要求1至12任一項所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylA蛋白的氨基酸序列具有SEQ ID NO: 1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列。
14.根據(jù)權利要求13所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述CrylA蛋白的核苷酸序列具有SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:5或SEQ ID NO:6所示的核苷酸序列。
15.根據(jù)權利要求3至14任一項所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述植物還可以產(chǎn)生至少一種不同于所述CrylA蛋白的第二種核苷酸。
16.根據(jù)權利要求15所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述第二種核苷酸可以編碼Cry類殺蟲蛋白質(zhì)、Vip類殺蟲蛋白質(zhì)、蛋白酶抑制劑、凝集素、α _淀粉酶或過氧化物酶。
17.根據(jù)權利要求16所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述第二種核苷酸可以編碼Vip3A蛋白或Cry2Ab蛋白。
18.根據(jù)權利要求17所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述第二種核苷酸包括SEQ ID N0:7或SEQ ID NO:8所示的核苷酸序列。
19.根據(jù)權利要求15所述的控制大螟害蟲的方法，其特征在于，所述第二種核苷酸為抑制目標昆蟲害蟲中重要基因的dsRNA。
20.一種CrylA蛋白質(zhì)控制大螟害蟲的用途。
【文檔編號】A01N47/44GK103718896SQ201310578129
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】韓超, 于彩虹, 丁德榮, 張欣馨, 岳健婷 申請人:北京大北農(nóng)科技集團股份有限公司, 北京大北農(nóng)科技集團股份有限公司生物技術中心