The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis is the most widely used biopesticide. Insecticidal proteins, coded by genes located in plasmids, form typical parasporal, crystalline inclusions during sporulation. We isolated a Bacillus thuringiensis strain having insecticidal activity against larvae of the house fly (M. domestica) from the soils at a pig farm in Korea, and named it Bacillus thuringiensis SM. The culture filtrate from Bacillus thuringiensis SM showed strong lethality (83.3%) against M. domestica larvae. The parasporal crystal is enclosed within the spores' outermost envelope, as determined by transmission electron microscopy, and exhibited a bipyramidal form. The crystal proteins of strain SM consisted of five proteins with molecular weights of approximately ~130, ~80, ~68, ~42, and ~27 kDa on a 10% SDS-PAGE (major band, a size characteristic of Cry protein). Examination of antibiotic resistance revealed that the strain SM showed multiple resistant. The strain SM had at least three different plasmids with sizes of 6.6, 9.3, and 54 kb. Polymerase chain reactions (PCRs) revealed the presence of cry1, cry4A2, and cry11A1 genes in the strain SM. The cry1 gene profile of the strain SM appeared in the three respective products of 487 bp [cry1A(c)], 414 bp [cry1D], and 238 bp [cry1A(b)]. However, the strain SM has not shown the cry4A2 md cry11A1 genes. In in vivo toxicity assays, the strain SM showed high toxicity on fly larvae (M. domestic) [with $LC_{50}$ of 4.2 mg/ml, $LC_{90}$ of 8.2 mg/ml].
To isolate Bacillus thuringiensis toxic to Spodoptera species, we collected soil samples in Korea. In these samples, we characterized 7 B. thuringiensis isolates toxic to spodoptera exigua or S. litura from soil, granary and sericultural farm samples. The 7 isolates were named B. thuringiensis STB-1, STB-2, STB-3, STB-4, STB-5, STB-6 and STB-7, respectively. The bioassay of these isolates against S. exigua and S. litura showed highly insecticidal activity. The serotypes of them were determined by agglutination tests using 33 antisera ; STB-1 an STB-2 are identical to B. thuringiensis subsp. kurastaki, and STB-3, STB-4 and STB-5 are identical to subsp. kenyae. STB-6 and STB-7 did not react with 33 antisera. STB-1 and STB-3 which have different gene types from B. thuringiensis subsp. kurastaki and subsp. kenyae are identified new isolates. STB-6 and STB-7 which show no agglutination in serological tests havd cryIA(a), cryIA(b), cryIC, and cryII genes are also identified new isolates. Molecular weights of parasporal inclusions of all isolates were determined approximately 130 kDa by SDS-polyacrylamide gel elctrophoresis.
During sporulation, Bacillus thuringiensis strains produce crystals consist of toxin proteins highly specific against insect pests. Their host specificities are desirable from a standpoint of environmental safety, but also limit market potential. Thus, development of improved Bacillus thuringiensis strains having broad host spectrum will contribute to increase its use. For the construction of Bacillus thuringiensis strain having broad host spectrum, we cloned cry1C gene encoding a toxin protein highly toxic against Spodoptera exigua from a B. thuringiensis isolate and constructed two recombinant plasmids, pUBClC and plC60. The plasmid PUBC1C has a replication origin of the natural plasmid pBC16 from B. cereus which is closely related species to B. thuringiensis, and the pBC16 was known to be replicated by rolling-circle mechanism. The plasmid pIC60 has a replication origin of a resident 60 MDa plasmid from B. thuringiensis subsp. kurstaki HD263, and it is believed that the pIC60 is replicated in a theta mode. The two plasmids were introduced into B. thuringiensis subsp. kurstaki cryB strain, and the transformed strains produced well-shaped bipyramidal crystals. We confirmed the expression of the cry1C gene by SDS-PAGE, and Western blotting. By investigating the segregational stability, it was found that the plasmid pIC60 is more stable than the pUBC1C.
For the development of qualitative PCR detection method of genetically modified (CM) rice, rice species-specific gene, OsCc-1 (rice cytochrome c gene), was selected as suitable far use as an endogenous gene in rice. The primer pair OsCytC-5'/3'with 111 bp amplicon was used for PCR amplification of the rice endogenous gene, OsCc-1 and no amplified product was observed from 8 different crops as templates. Qualitative PCR method was carried out with stack traits of L528$\times$CryIAc1 GM rice developed in Korea. For the qualitative PCRs, some primer pairs were designed with a construct-specific and event-specific type based on T-DNA and junction sequences of T-DNA in GM rice. Actck-5'/3' amplifying between actin promoter and OsCK1 gene introduced in LS28 gave rise to an amplicon 306 bp; also, CrLB-5'/3' from CryIAcl and CKRB-5'/3'amplifying the junction region of T-DNA and genome sequence from LS28 as event-specific primers gave rise to an amplicon 142 bp and 91 bp, respectively. These primer pairs for the detection of event-specific targets not produced PCR amplicons on non-CM rice and various crops in contrast to event lines. Therefore, in this study we verified that event-specific primers were effective to specifically detect stack trait lines and demonstrated that this method presented could be provided with the detection-method data for risk assessment analysis of GM rice to be commercialized.
Seo, Mi Ja;Youn, Young Nam;Yu, Yong Man;Kim, Ki Su
Korean Journal of Agricultural Science
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v.41
no.4
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pp.351-359
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2014
For identifying the plasmid DNA coding cry gene of Bacillus thuringiensis subsp. aizawai KB098 with high insecticidal activity against Spodoptera exigua, mutant isolates with no crystal protein were produced by $42^{\circ}C$ incubation condition and then mutant plasmid DNA band patterns were compared with those of KB098. KB098 isolates had 4 cry genes, cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D, and also had been found seven plasmid DNA. Though the SDS-PAGE experiment, it was confirmed that mutant didn't produce 130~145kDa protein band involved in bipyramidal shape crystal. Also, five mutant isolates had no cry genes coding plasmid DNA in PCR. In result of comparison the plasmid DNA of KB098 and 5 mutant isolates, only 1 plasmid DNA band was left out in mutant plasmid DNA pattern, so that the missing band was extracted from the gel. The missing(disappeared) plasmid DNA was the largest molecular size among the 7 plasmid DNA of KB098 and it was also confirmed this plasmid DNA had all 4 cry genes through PCR.
Tuta absoluta (Povolny, 1994) is a devastating moth to the Solanaceae plants. It is a challenging pest to control, especially on tomatoes. In this work, we studied the entomopathogenic activity of the Cry-forming ${\delta}$-endotoxins produced by Bacillus thuringiensis strain KS and B. thuringiensis kurstaki reference strain HD1 against T. absoluta. These strains carried the cry2, cry1Ab, cry1Aa/cry1Ac, and cry1I genes, and KS also carried a cry1C gene. The ${\delta}$-endotoxins of KS were approximately twofold more toxic against the third instar larvae than those of HD1, as they showed lower 50% and 90% lethal concentrations (0.80 and 2.70 ${\mu}g/cm^2$ (${\delta}$-endotoxins/tomato leaf)) compared with those of HD1 (1.70 and 4.50 ${\mu}g/cm^2$) (p < 0.05). Additionally, the larvae protease extract showed at least six caseinolytic activities, which activated the KS and HD1 ${\delta}$-endotoxins, yielding the active toxins of about 65 kDa and the protease-resistant core of about 58 kDa. Moreover, the histopathological effects of KS and HD1 ${\delta}$-endotoxins on the larvae midgut consisted of an apical columnar cell vacuolization, microvillus damage, and epithelial cell disruption. These results showed that the KS strain could be a candidate for T. absoluta control.
In order to detect and identify the most toxic Bacillus thuringiensis strains against pests, we isolated a B. thuringiensis strain (Bn1) from Balaninus nucum (Coleoptera: Curculionidae), the most damaging hazelnut pest. Bn1 was characterized via morphological, biochemical, and molecular techniques. The isolate was serotyped, and the results showed that Bn1 was the B. thuringiensis serovar, kurstaki (H3abc). The scanning electron microscopy indicated that Bn1 has crystals with cubic and bipyramidal shapes. The Polymerase Chain Reactions (PCRs) revealed the presence of the cry1 and cry2 genes. The presence of Cry1 and Cry2 proteins in the Bn1 isolate was confirmed via SDS-PAGE, at approximately 130 kDa and 65 kDa, respectively. The bioassays conducted to determine the insecticidal activity of the Bn1 isolate were conducted with four distinct insects, using spore-crystal mixtures. We noted that Bn1 has higher toxicity as compared with the standard B. thuringiensis subsp. kurstaki (HD-1). The highest observed mortality was 90% against Malacosoma neustria and Lymantria dispar larvae. Our results show that the B. thuringiensis isolate (Bn1) may prove valuable as a significant microbial control agent against lepidopteran pests.
The objective of this study is to identify plasmids of Bacillus thuringiensis var. kurstaki HD-1(B. t k HD-1) toxic to lepidopteran larvae. The results from agarose gel electrophoresis indicated that the bacterium contained 9 plasmids with approximate sizes of 1.4, 4.9, 5.4, 9.3, 10, 29, 44, 52, and 150 megadaltons(Md). By treating the wild type of B. t k HD-1 with either SDS or EtBr as curing agent, 26 cured mutants of the bacterium were obtained, 9 of them were crystallifereous(cry+) and the others acrystallifereous(cry-). Plasmids from B. t k HD-1 were transferred to B. cereus 569 strR cry- recipients(Bc569 M1). Among 13 isolates of Bc569 M1 transcipient, 11 of them were capable of producing the crystal toxic proteins. The plasmid patterns of Bc569 M1 transcipients and partially curved mutants of B. t k HD-1 on agarose gel electrophoresis suggested that the 29 and 44Md plasmids should be involved in the production of crystalline toxic proteins.
Plant somatic cells can be reprogrammed into a pluripotent cell mass, called callus, which can be subsequently used for de novo shoot regeneration through a two-step in vitro tissue culture method. MET1-dependent CG methylation has been implicated in plant regeneration in Arabidopsis, because the met1-3 mutant exhibits increased shoot regeneration compared with the wild-type. To understand the role of MET1 in de novo shoot regeneration, we compared the genome-wide DNA methylomes and transcriptomes of wildtype and met1-3 callus and leaf. The CG methylation patterns were largely unchanged during leaf-to-callus transition, suggesting that the altered regeneration phenotype of met1-3 was caused by the constitutively hypomethylated genes, independent of the tissue type. In particular, MET1-dependent CG methylation was observed at the blue light receptor genes, CRYPTOCHROME 1 (CRY1) and CRY2, which reduced their expression. Coexpression network analysis revealed that the CRY1 gene was closely linked to cytokinin signaling genes. Consistently, functional enrichment analysis of differentially expressed genes in met1-3 showed that gene ontology terms related to light and hormone signaling were overrepresented. Overall, our findings indicate that MET1-dependent repression of light and cytokinin signaling influences plant regeneration capacity and shoot identity establishment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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