Roh Jong Yul;Lee In Hee;Li Ming Shun;Chang Jin Hee;Choi Jae Young;Boo Kyung Saeng;Je Yeon Ho
Journal of Microbiology
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제42권4호
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pp.340-345
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2004
To investigate the co-expression and crystallization of a fusion gene between the Bacillus thuringiensis crystal protein and a foreign protein in B. thuringiensis, the expression of the Cry1Ac fused with green fluorescent protein (GFP) genes in a B. thuringiensis $Cry^-B$ strain was examined. The cry1Ac gene was cloned in the B. thuringiensis-E. coli shuttle vector, pHT3101, under the control of the native cry1Ac gene promoter, while the GFP gene was inserted into the XhoI site upstream of the proteolytic cleavage site, in the middle region of the crylAc gene (pProAc-GFP). The B. thuringiensis $Cry^-B$ strain carrying pProAc-GFP (ProAc-GFP/CB) did not produce any inclusion bodies. However, the transformed strain expressed fusion protein forms although the expression level was relatively low. Furthermore, an immunoblot analysis using GFP and Cry1Ac antibodies showed that the fusion protein was not a single species, but rather multiple forms. In addition, the N-terminal fragment of Cry1Ac and a non-fused GFP were also found in the B. thuringiensis $Cry^-B$ strain after autolysis. The sporulated cells before autolysis and the spore-crystal mixture after autolysis of ProAc-GFP/CB exhibited insecticidal activities against Plutella xylostella larvae. Accordingly, the current results suggest that a fusion crystal protein produced by the transfomant, ProAc-GFP/CB, can be functionally expressed but easily degraded in B. thuringiensis.
국화에 담배거세미 나방 (tobacco cutworm; Spodoptera litura)에 저항성을 나타내 국화를 육성하기 위하여 cry1Ac 유전자를 형질전환하였다. Cry1Ac 유전자는 pCAMBIA2301를 포함하는 Agrobacterium C58C1을 통하여 국화 'Linneker salmon'에 도입하였다. Agrobacterium C58C1을 접종한 후 엽절편을 10 mg/L kanamycin이 함유된 재분화 배지 (MS + 1.0 mg/L BA + 0.5 mg/L IAA)에서 1차 선발을 하였고, 재분화 배지에 20 mg/L kanamycin이 첨가된 배지에서 2차 선발을 하였으며, 20 mg/L kanamycin이 첨가된 MS 배지에서 3차 발근선발을 하였다. 3차 발근선발까지 69개의 신초 (1.6%)가 생존하여 발근하였다. NptII primer로 PCR을 한 결과 그 중 36개의 신초 (0.8%)가 putative transformant로 확인되었고, Southern 분석을 한 결과, 35개체 (0.8%)가 nptII 유전자와 cry1Ac 유전자를 가진 형질전환체로 확인되었다. Cry1Ac 유전자의 형질전환율은 0.8%로 양호하였다. 온실에서 담배거세미 나방에 대한 저항성을 검정한 결과, 3개체의 형질전환체가 저항성을 나타내는 것으로 확인되었다.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제8권1호
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pp.89-93
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2004
Expression of a fusion protein between B. thuringiensis crystal protein, Cry1Ac1 and a scorpion insect toxin (AaIT, Androctonus australis Hector insect toxin) in acrystalliferous B. thuringiensis strain (Cry-B strain) was examined. The cry 1Ac1 gene was cloned in B. thuringiensis-E coli shuttle vector, pHT3101, under the control of the native cry 1Ac1 gene promoter (pProAc) and a gene encoding AaIT was inserted in XhoI site in the middle of the cry 1Ac1 gene (pProAc-ScoR). B. thuringiensis Cry-B strain carrying pProAc-ScoR (PyoAc-ScoR/CB) produced an inclusion body of irregular shape and the expressed fusion protein is approximately 65 kDa in size. Sporulated cells and spore-crystal mixtures of ProAc-ScoR/CB had insecticidal activity against Plutella xylostella larvae, showing $LT_50$ of ProAc-ScoR/CB (22.59 hrs) lower than that of ProAc/CB (30.06 hrs) at $1{\times}{10^7} {CEU/cm^2}$. These results suggest that the fusion protein including a B. thuringiensis crystal protein and an AaIT may be functionally expressed in B. thupingiensis. Moreover, we verified the additive toxicity of AaIT, which is a new feasible candidate for insect control.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제19권1호
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pp.199-204
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2009
The newly cloned Bacillus thuringiensis cry1-5 gene showed high activity to both Plutella xylostella and Spodoptera exigua, while cry1Ac only showed high activity against P. xylostella but low to S. exigua. Through the alignment of amino acid sequences between Cry1Ac and Cry1-5, we found 12 different residues in domain I (6 residues) and domain II (6 residues). In this study, the modified cry1Ac gene, which is constructed according to a crop-preferring codon usage, was used as a template to construct mutant B. thuringiensis cry1Ac genes based on cry1-5 gene through multi site-directed mutagenesis. Total 63 various mutant cry genes were obtained at 12 positions randomly. Among them, ten mutant cry genes, whose domain I was totally converted and domain II was randomly, were selected to express in baculovirus expression system as a polyhedrin fusion form. The recombinant proteins were 95 kDa in size and were stably activated as 65 kDa by trypsin. The expressed mutant Cry proteins were applied to bioassays against P. xylostella and S. exigua. All mutants showed high insecticidal activity both to P. xylostella and S. exigua similar to cry1-5. These results suggest that these mutant cry genes might be expected of desirable cry genes for introduction to transgenic crops.
Qi, Xu Feng;Li, Ming Shun;Choi, Jae-Young;Roh, Jong-Yul;Song, Ji Zhen;Wang, Yong;Jin, Byung-Rae;Je, Yeon-Ho;Li, Jian Hong
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제18권1호
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pp.18-27
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2009
B. thuringiensis strain LY-99 belonging to subsp. alesti (H3a3c), was isolated from Chinese tobacco warehouse and showed significantly high toxicity to Plutella xylostella. For the identification of the cry1-type genes from B. thuringiensis LY-99, an extended multiplex PCRrestriction fragment length polymorphism (PCRRFLP) method was established by using two pairs of universal primers based on the conserved regions of the cry1-type genes to amplify around 2.4 kb cry1-type gene fragments. Then the DNA fragment was cloned into pGEM-T Easy vector and digested with EcoRI and EcoRV enzymes. Through this method, a known cry1-type gene was successfully identified from the reference strain, B. thuringiensis subsp. alesti. In addition, the RFLP patterns revealed that B. thuringiensis LY-99 included a novel cry1A-type gene in addition to cry1Aa, cry1Ac, cry1Be and cry1Ea genes. The novel cry1A-type gene was designated cry1Ah2 (Genbank accession No DQ269474). An inverse PCR method was used to amplify the flank regions of cry1Ah2 gene. Finally, 3143 bp HindIII fragment from B. thuringiensis LY-99 plasmid DNA including 5' region and partial ORF was amplified, and sequence analysis revealed that cry1Ah2 gene from LY-99 showed 89.31% of maximum sequence similarity with cry1Ac1 crystal protein gene. In addition, the deduced amino acid sequence of Cry1Ah2 protein shared 87.80% of maximum identity with that of Cry1Ac2. This protein therefore belongs to a new class of B. thuringiensis crystal proteins.
Meiyalaghan, Sathiyamoorthy;Pringle, Julie M.;Barrell, Philippa J.;Jacobs, Jeanne M.E.;Conner, Anthony J.
Plant Biotechnology Reports
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제4권4호
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pp.293-301
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2010
The feasibility of two strategies for transgene pyramiding using Agrobacterium-mediated transformation was investigated to develop a transgenic potato (Solanum tuberosum L. cv. Iwa) with resistance to potato tuber moth (PTM) (Phthorimaea operculella (Zeller)). In the first approach, cry1Ac9 and cry9Aa2 genes were introduced simultaneously using a kanamycin (nptII) selectable marker gene. The second approach involved the sequential introduction (re-transformation) of a cry1Ac9 gene, using a hygromycin resistance (hpt) selectable marker gene, into an existing line transgenic for a cry9Aa2 gene and a kanamycin resistance (nptII) selectable marker gene. Multiplex polymerase chain reaction (PCR) confirmed the presence of the specific selectable marker gene and both cry genes in all regenerated lines. The relative steady-state level of the cry gene transcripts in leaves was quantified in all regenerated lines by real-time PCR analysis. Re-transformation proved to be a flexible approach to effectively pyramid genes for PTM resistance in potato, since it allowed the second gene to be added to a line that was previously identified as having a high level of resistance. Larval growth of PTM was significantly inhibited on excised greenhouse-grown leaves in all transgenic lines, although no lines expressing both cry genes exhibited any greater resistance to PTM larvae over that previously observed for the individual genes. It is anticipated that these lines will permit more durable resistance by delaying the opportunities for PTM adaptation to the individual cry genes.
Kim, Jae-Hwan;Jee, Sang-Mi;Park, Cheon-Seok;Kim, Hae-Yeong
Food Science and Biotechnology
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제15권4호
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pp.625-630
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2006
Polymerase chain reaction (PCR) method was developed for the specific detection of insect-resistant rice containing cry1Ac gene derived from Bacillus thuringiensis (Bt). Primers were designed from the 35S promoter, NOS terminator, cry1Ac gene, and sucrose phosphate synthase (SPS) for general screening of Bt rice. By sequencing the PCR products from the two putative kinds of Bt rice, we designed a specific primer from the junction region between the cry1Ac gene and the NOS terminator that had been inserted into Bt rice. The construct-specific primer was employed to amplify a 147 bp product in the two lines of Bt rice. No amplified products were observed from the other Bt crops with various Bt genes introduced. In qualitative PCR analysis, the limit of detection was 0.005 ng from genomic DNA of Bt rice. In addition, PCR analysis was performed on 64 kinds of rice presently available in the Korean market, and no Bt rice was detected. This method presented in this paper can be used as a highly sensitive and specific detection method of Bt rice.
The cry1 gene content of a collection of Bacillus thuringiensis strains, which include new isolates from Malaysia and Indonesia, was determined by a multiplex PCR using a set of eight oligonucleotide forward primers specific to cry1Aa, cry1Ab, cry1Ac, cry1Ba, cry1Ca, cry1Da, cry1Ea, and cry1Fa genes, and two reverse primers, one specific to cry1Ab and the other common to the remaining cry1 genes. Two-thirds of the 59 strains screened were cry1 positive and contained one to four different genes. The cry gene profiles correlated well with toxicities of the strains to lepidopteran insects. The method can be used for rapid screening of a large number of new isolates as the total DNA extracted by boiling cells from single colonies can be used directly in the PCR. However, it is not suitable for follow-up monitoring of specific commercial strains after application in the field as the PCR product profiles of these strains could not be differentiated from those of new isolates.
The PCR-RFLP method has been useful for detection of known genes and identification of novel genes. In the present study, degenerate primers were designed from five groups of cry1 genes for PCR-RFLP analysis. Bacillus thuringiensis (Bt) isolates from different regions were evaluated for PCR amplification of various cry1 genes using newly designed primers and cry2 genes using reported primers. PCR analysis showed an abundance of cry1A genes and especially cry1Ac genes in isolates from all regions. RFLP analysis revealed the presence of multiple cry1A genes in isolates from central and southern regions. Unique digestion patterns of cry1A genes were observed in isolates from each region. Few of the isolates represented a digestion pattern of cry1A genes that did match to any of the known cry1A genes. RFLP analysis suggested an abundance of cry2Ab along with a novel cry2 gene in Bt isolates from different regions of India. Sequence analysis of the novel cry2 gene revealed 95% sequence identity to cry2Ab and cry2Ah genes. Phylogenetic analysis revealed that the novel cry2 gene could have diverged earlier than the other cry2 genes. Our results encourage finding of more diverse cry2 genes in Bt isolates. Rarefaction analysis was used to compare cry1A gene diversity in isolates from different soil types. It showed a higher degree of cry1A gene diversity in isolates from central region. In the present study, we propose the use of novel degenerate primers for cry1 genes and the PCR-RFLP method using a single enzyme to distinguish multiple cry1A and cry2 genes as well as identify novel genes.
Kim Jae-Su;Cho Jae-Young;Chang Jin-Hee;Shim Hee-Jin;Roh Jong-Yul;Jin Byung-Ae;Je Yeon-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권4호
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pp.710-715
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2005
A novel recombinant baculovirus, Bactrus, was constructed by the insertion of the Bacillus thuringiensis cry1Ac gene between two polyhedrin genes of Autographa californica nucleopolyhedrovirus (AcNPV) under the control of the polyhedrin gene promoter. Polyhedra produced by Bactrus in insect cells were incorporated with 130 kDa of polyhedrin-Cry1Ac-polyhedrin fusion protein, and 30 kDa of intact polyhedrin, resulting from a homologous recombination between two polyhedrin genes, was also expressed. The insecticidal activity of Bactrus against Spodoptera exigua larvae was similar to that of AcNPV, but it showed significantly higher toxicity towards Plutella xylostella larvae in comparison with that of AcNPV. The expression level of fusion protein and the insecticidal activity of recombinant polyhedra produced by the Bactrus against P. xylostella larvae were decreased after serial passages. In conclusion, the Bactrus had improved insecticidal activity and returned to wild-type AcNPV after several passages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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