Physiological studies on the expression of Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis (Btt) gene coding for insecticidal protein in recombinant Escherichia coli 537 were carried out to identify optimal culture condition. It was necessary to shift culture temperature from 30 to $42^{\circ}C$ to express the gene. Expression of the Btt toxin gene by recombinant E. coli 537 began within one hour after induction. Complex nitrogen sources increased production of the insecticidal protein. The total insecticidal protein was 0.5 g/I when using yeast extract as a complex nitrogen source. Soybean hydrolysate showed apparently the highest induction efficiency. After induction, the cellular content of the insecticidal protein was 5.4 times higher than it had been before induction. The optimal cultivation strategy was found to grow cells for 7hours at $30^{\circ}C$ and then 5-8 hours at $42^{\circ}C$. The optimal cultivation pH for the production of insecticidal protein was 6.5. The Btt toxin produced by the recombinant E. coli 537 was found to have the same level of potency against Colorado potato beetle as the original toxin.
BT toxin is produced by a soil bacterium Bacillus thuringiensis and has long been used as a biological insecticide without any competition. Recently, Photorhabdus, a symbiotic bacterium from entomopathogenic nematodes, family Heterorhabditae, has been researched and discussed as alternatives to B. thuringiensis. Photorhabdus, which lives in the gut of entomopathogenic nematodes, is a highly virulent pathogen of a wide range of insect larvae. When an insect is infected by the nematodes, the bacteria are released into the cadaver, and produce a number of insecticidal toxins. The biological role of the different Photorhabdus toxins in the infection process is still unclear. Photorhabdus toxin complex (Tc) is highly secreted gut-active toxin and has been characterized as a potent three-component (A, B and C) insecticidal protein complex. These components are necessary for full oral activity against insect larvae. The Photorhabdus PirAB binary toxins exhibit a potent injectable activity for Galleria mellonella larvae, and have oral toxicity against mosquitoes and caterpillar pest Plutella xylostella. Other toxin, 'makes caterpillars floppy' (Mcf) showed injectable activity on caterpillars. Recombinant Mcf triggers apoptosis in both insect hemocytes and the midgut epithelium and carries a BH3 domain. In this review, the relationship between the Photorhabdus and the nematode is discussed and recent important insecticidal toxins from Photorhabdus are described.
Several isolates of Bacillus thuringiensis (Bt) were screened for the vegetative insecticidal protein (Vip) effective against sap-sucking insect pests. Screening results were based on $LC_{50}$ values against cotton aphid (Aphis gossypii), one of the dangerous pests of various crop plants including cotton. Among the isolates, the Bt#BREF24 showed promising results, and upon purification the aphidicidal protein was recognized as a binary toxin. One of the components of this binary toxin was identified by peptide sequencing to be a homolog of Vip2A that has been reported previously in other Bacillus spp. Vip2 belongs to the binary toxin group Vip1-Vip2, and is responsible for the enzymatic activity; and Vip1 is the translocation and receptor binding protein. The two genes encoding the corresponding proteins of the binary toxin, designated as vip2Ae and vip1Ae, were cloned from the Bt#BREF24, sequenced, and heterologously expressed in Escherichia coli. Aphid feeding assay with the recombinant proteins confirmed that these proteins are indeed the two components of the binary toxins, and the presence of both partners is essential for the activity. Aphid specificity of the binary toxin was further verified by ligand blotting experiment, which identified an ~50 kDa receptor in the brush border membrane vesicles of the cotton aphids only, but not in the lepidopteran insects. Our finding holds a promise of its use in future as a candidate gene for developing transgenic crop plants tolerant against sap-sucking insect pests.
Vegetative insecticidal proteins (Vips) are insecticidal proteins synthesized by Bacillus thuringiensis during the vegetative stage of growth. In this study, Vip3Aa protein, obtained by in vitro expression of the vip3Aa gene from B. thuringiensis WB5, displayed high insecticidal activity against Spodoptera litura aside from Spodoptera exigua and Helicoverpa armigera. Bioassay results showed that the toxicity of Vip3Aa protein against S. litura larvae statistically decreased along with the increase of the age of the larvae, with LC50 = 2.609 ng/cm2 for neonatal larvae, LC50 = 28.778 ng/cm2 for first instar larvae, LC50 = 70.460 ng/cm2 for second instar larvae, and LC50 = 200.627 ng/cm2 for third instar larvae. The accumulative mortality of 100% larvae appeared at 72 h for all instars of S. litura larvae, when feeding respectively with 83.22, 213.04, 341.40, and 613.20 ng/cm2 of Vip3Aa toxin to the neonatal and first to third instar larvae. The histopathological effects of Vip3Aa toxin on the midgut epithelial cells of S. litura larvae was also investigated. The TEM observations showed wide damage of the epithelial cell in the midgut of S. litura larvae fed with Vip3Aa toxin.
제주도의 녹차 밭에 서식하는 딱정벌레목인 청동풍뎅이 (Anomala albopilosa)의 사체와 녹차 밭 토양에서 분리한 Bacillus thuringiensis CAB530 균주의 생물효과를 검토하였다. 이 균주는 몇 종류의 해충에 대한 살충활성에서 난방제 농업해충 가운데 하나인 파밤나방에 높은 효과를 나타냈다. 파밤나방 2령 유충에 대한 살충활성 검정에서 CAB530 균주는 $LC_{50}$값이 $1.49{\times}10^4$(cfu/$m{\ell}$)으로 고활성을 보였다. 이 균주가 생산하는 살충성 독소단백질의 SDS-PAGE에서는 파밤나방에 살충활성이 있는 기존의 B. thuringiensis subsp. kurstaki와 비슷한 130kDa의 밴드를 나타내었다. 또한 파밤나방 중장액으로 반응을 시킨 후에 약 65kDa의 활성 독성단백질을 확인할 수 있었다 PCR수행에서 CAB530 균주는 cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D, cry1F 그리고 cry1I등 6 개의 유전자가 존재하는 것으로 밝혀졌으며, B. thuringiensis subsp. kurstala기준 균주와 차이가 있었다. 딱정벌레목에서 분리 선발한 B. thuringiensis CAB530균주는 crystal의 형태와 SDS-PAGE의 결과는 B. thuringiensis subsp. kurstaki와 유사하게 나타났지만, 살충활성 검정과 PCR product 전기영동 결과는 B thuringiensis subsp. aizawai와 유사하게 나타났다.
지금까지 많은 연구가 되어 있지 않던 Bacillus thuringiensis serovar. darmstadiensis의 내독소를 Renografin-76 단계적 기울기 원심분리로 분리하여 전자 현미경으로 관찰하여 이중피라미드 구조를 가진 독소 단백질을 확인하였으며 B. thuringiensis serovar. kurstaki HD1의 독소 생성유전자와 B. thuringiensis serovar. darmstadiensis의 유전자가 유사성이 있다는 보고를 근거로 하여 B. thuringiensis serovar. HD1의 독소 생성유전자를 가진 프로브(pUYBT 9044)로 이용하여 colony hybridization 및 Southern hybridization 한 결과 2.6Kb EcoRI 단편 및 3.6Kb Hind III 단편을 선발할 수 있었다. 이들 단편들은 B. thuringiensis serovar. kurstaki HD1 독소 유전자와 hybridization시 유사성이 있었다. 특히 3.5Kb HindIII 단편은 2.6Kb EcoR I 단편에 클로닝되어 있는 1.8Kb의 HD1 독소 유전자와 유사성이 있는 부분을 공유하고 있었으며 1.0Kb 정도의 EcoR I-HindIII 부분이 더 삽입한 것을 알 수 있었다.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제4권1호
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pp.43-49
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2002
We have cloned cDNAs encoding toxin from the spider, Araneus ventricosus, and constructed a recombinant baculovirus expressing the insecticidal toxin. The cDNAs encoding toxin were cloned from the cDNA library of A. ventricosus. Sequence analysis of the cDNAs encoding the toxin of A. ventricosus revealed that the 240 bp cDNA for AvTox-1 and 192 bp cDNA for AvTox-2 have an open reading frame of 80 and 64 amino acid residues, respectively. The deduced protein sequence of the toxin genes of AvTox-1 and AvTox-2 was aligned to that of the snack Anemonia sulcata and scorpion Centruroides limpidus limpidus, respectively. Northern blot analysis indicated that AvTox-2 toxin gene showed a fat body-spe-cific expression pattern at the transcriptional level. Furthermore, we have explored the possibility of improving baculovirus by incorporating the A. vontricosus toxin gene into Bombyx mori nuclear polyhedrosis virus genome under the control of polyhedrin promoter, The AvTox-2 toxin gene was expressed as approximately 5.8 kDa band in the recombinant baculovirus-injected silkworm larvae. Bioassays with the recombinant virus expressing AvTox-2 on 5th instar silkworm larvae demonstrated a decrease in the time to kill $(LT_{50} days)$ compared to wild-type BmNPV-Kl $(LT_{50} 6.72 days)$ in the injection of 10 viruses. These results indicate that A. ventricosus toxin is a novel member of the spider toxin family, suggesting that the toxin gene can be used in recombinant baculoviruses to reduce insect feeding damage and increase the speed of insect kill.
Kim, Il-Gi;Lee, Jae-Wook;Suh, Suk-Chul;Rhim, Seong-Lyul
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권4호
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pp.772-776
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2004
Physiological and molecular characteristics of Bacillus thuringiensis SR6 and SR8 were investigated, and phase contrast and electron microscopies revealed that a large rhomboidal crystal protein was present in the sporulating cells. SDS-PAGE and Western blot analyses showed that B. thuringiensis SR8 produced 70 kDa protein much more than other proteins, and that the 70 kDa protein could bind to the antibody of B. thuringiensis subsp. tenebrionis-crystal toxin protein, indicating that the crystal 70 kDa protein has an immunological homology with B. thuringiensis subsp. tenebrionis-crystal toxin protein. The DNA fragment of B. thuringiensis subsp. tenebrionis-toxin gene was detected in B. thuringiensis SR6 and SR8 by using PCR amplification analysis. Furthermore, the insect bioassay showed the insecticidal activity against Colorado potato beetle larvae. Based on the physiological and molecular similarities to B. thuringiensis subsp. tenebrionis, it is suggested that the B. thuringiensis SR6 and SR8 may be mutants of the B. thuringiensis subsp. tenebrionis strain overexpressing the crystal of 70 kDa toxin protein.
Entomopathogenic nematodes are being used for insect control. We purified a toxin secreted by the insect-pathogenic bacterium, Xenorhadbus nematophilus, which lives in the gut of entomopathogenic nematodes. Culture broth of X. nematophilus was separated by centrifugation and concentrated by ultration. The concentrated culture broth was applied to a DEAE Sephadex A-50 column, and proteins were eluted stepwise with increasing concentrations of KCI. Fractions column. The molecty weight of purified toxin was39 kDa on SDS-PAGE, and Fourier tranformed infrared (FTIR) spectroscopy indicated that this toxin could be a new protein exhiting the charactristics of C=O stretching peak near 1650cm-1.
The insecticidal protein gene in the pKL-20-1 clone derived from Bacillus thuringiensis serovar. kurstaki plasmid was subcloned in the plant shuttle vector, pGA643. The 7.3 kb fragment was cloned in the BglII and Hpal sites of pGA643 vector and expressed in E. coli S17-1, which produced insecticidal proteins killing Bombyx mori larvae. The clone was named pHL-20. The protoplast formation, calli induction and plantlet regeneration of Nicotiana tabacum was carried out. A tremendous number of mesophyll protoplasts of N. tabacum were formed, up to 7$\times$105 protoplast per ml, for 20 hours in darkness in the enzyme solution of 0.5% cellulase and 0.1% macerosin, pH 5.8. The viabilities of the protoplasts were maintained above 80% for 6 days in the media containing 2mg/1 of NAA and 1mg/1 of kinetin. Calli were induced from the protoplasts and leaves of the N. tabacum on MS medium containing 0.5mg/1 BAP. Under the culture conditions the protoplasts underwent repeated cell division into calli. Plantlets were regenerated from callus cultures derived from protoplast and leaves. Shoots were induced in a medium containing 1mg/1 of BAP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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