昆虫病原线虫共生菌SY5致死小菜蛾毒素的中肠靶标受体分离与鉴定

Plutella xylostella (L.) is not only a serious pest of cruciferous vegetables, but also a highly resistant pest. Development of new biological insecticide formulations can delay the resistance and control diamondback moth effectively. Entomopathogenic nematodes symbiotic bacteria SY5 exhibited high insecticidal activity to P. xylostella in the laboratory and field. But the key of the molecular mechanism-the receptor protein of the symbiotic bacteria insecticidal toxin is not clear yet. In this study, the midgut receptor of P. xylostella will be isolated and identified using ligand blot analysis, western blotting and mass spectrometry based on the insecticidal toxin of X. sp SY5 purification. The result will provide the basis for studying the molecular mechanism of the insecticidal toxin, the theoretical basis for the development of symbiotic bacteria toxins, the novel insecticidal toxin for biological control and resistance management of P. xylostella.

小菜蛾不仅是危害十字花科蔬菜最为严重的害虫之一，也是抗性发展最快和抗药性最严重的害虫，每年都会造成各种十字花科蔬菜的严重损失。开发新的生物杀虫制剂是防治小菜蛾和延缓其抗药性的发展方向。昆虫病原线虫共生菌SY5是本课题组立足于本国资源筛选得到共生菌高毒力菌株，其杀虫毒素对小菜蛾杀虫效果和田间防效显著，是防治小菜蛾的理想生防菌株。其成功应用依赖于对其害虫分子作用机制的阐明，而揭示其分子作用机制的关键环节- - 共生菌杀虫毒素靶标受体蛋白目前尚不清楚。本研究在已分离共生菌 SY5 的杀虫毒素，并确定了杀虫毒素主要的作用部位是小菜蛾中肠的基础上，将利用受体配基结合、Western杂交和质谱方法，对杀虫毒素小菜蛾中肠的靶标受体进行分离和鉴定，初步探索其作用机制，进而为揭示杀虫毒素对小菜蛾的分子作用机制提供依据，为共生菌毒素的开发利用提供理论基础，为小菜蛾的生物防治和抗性治理提供新型杀虫毒素。

小菜蛾不仅是危害十字花科蔬菜最为严重的害虫之一，也是抗性发展最快和抗药性最严重的害虫，每年都会造成各种十字花科蔬菜的严重损失。昆虫病原线虫共生菌SY5是本课题组立足于本国资源筛选得到共生菌高毒力菌株，其杀虫毒素对小菜蛾杀虫效果和田间防效显著，是防治小菜蛾的理想生防菌株。本研究从共生菌杀虫毒素对小菜蛾分子作用机制的关键环节入手，分离和鉴定了小菜蛾中肠的靶标受体7个，其中分子量为200、50和70 kDa毒素结合蛋白与SY5 杀虫毒素具有较高的结合浓度，通过Western杂交进一步明确了核心靶标是分子量150 kDa的受体蛋白。分析了SY5的杀虫毒素成分，发现此毒素包含17种的氨基酸成分，甘氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低，该毒素能够显著抑制小菜蛾幼虫中肠总蛋白活性，且随着取食的毒素浓度增加，各种蛋白酶的活性逐渐降低。小菜蛾中肠栖息的微生物与其生长发育、免疫、抗性息息相关，通过分析小菜蛾中肠微生物16S rRNA 基因序列，发现添食毒素的小菜蛾中肠的微生物多样性明显多于健康小菜蛾，虽然两者的中肠微生物类群均包括了15个门、20 个纲、20 个目、20 个科、20 个属的细菌，但添食毒素的小菜蛾中肠微生物的Enterobacteriales目、Sphingobacteriales目、Rhodobacterales目和Corynebacteriales目细菌数量明显高于健康小菜蛾。系统地监测了小菜蛾在辽宁地区的危害与田间种群动态规律，为有效防治小菜蛾提供基础数据：春季发生情况严重，秋季未见发生；甘蓝中小菜蛾发生最为严重，其次为白菜，杂草中发生量极少。小菜蛾的种群发生动态的始发期、始盛期、高峰期、盛末期和终止期随着作物的不同、监测点的不同和年份的不同而有所变化。研究结果将为揭示杀虫毒素对小菜蛾的分子作用机制提供依据，为共生菌毒素的开发利用提供理论基础，为小菜蛾的生物防治和抗性治理提供新型杀虫毒素。