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.
Autographa californica 핵다각체병 바이러스(AcNPV)의 다각체 단백질과 Bacillus thuringiensis(Bt) cryIA(c) 내독소 단백질의 융합단백질을 생산하는 새로운 재조합 바이러스를 제작하고, 곤충세포주(Spodoptera frugiperda 9)에서 발현된 융합단백질의 특성을 분석하였다. Bt kurstaki HD-73의 cryIA(c) 내독소 단백질 유전자의 N-발단 AcNPV의 완전한 다각체 단백질 유전자의 앞쪽에 융합함에 의하여 또는 다닥체 단백질 유전자내의 제한효소 HindII부위에 삽입함에 의하여 다각체 단백질 유전자의 프로모터 조절하에 도입하였다. 이렇게 작성된 재조합 바이러스를 각각 Btrusl 또는 BtrusII라고 명명하였다. BtrusI은 분명히 단일 전사체를 보임에도 92kDa의 융합 단백질과 다각체 단백질의 두 단백질을 생산하였다. 또한 Btrusl에 의해 만들어진 융합 단백질은 다각체를 형성하지 않았다. 한편, BtrusII에 의해 감염된 곤충세포주에서는 33kDa의 다각체 단백질은 보이지 않았고 단지 융합 단백질만 생산하였으나 다각체는 형성하지 않았다. 따라서 Btrusl에 의해 생산된 융합 단백질의 독성을 조사하기 위하여, Btrusl으로 감염된 곤충세포주를 2령 누에(Bombyx mori)에 접종한 결과 융합 단백질에 의한 독성이 관찰되었다. 결론적으로 다각체 단백질과 Bt cryIA(c) 내독소 단백질에 의한 융합 단백질이 독성을 가지고 있음을 확인하였다.
A novel cry2Ab gene was cloned and sequenced from the indigenous isolate of Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki. This gene was designated as cry2Ab25 and its sequence revealed an open reading frame of 1,902 bp encoding a 633 aa protein with calculated molecular mass of 70 kDa and pI value of 8.98. The amino acid sequence of the Cry2Ab25 protein was compared with previously known Cry2Ab toxins, and the phylogenetic relationships among them were determined. The deduced amino acid sequence of the Cry2Ab25 protein showed 99% homology to the known Cry2Ab proteins, except for Cry2Ab10 and Cry2Ab12 with 97% homology, and a variation in one amino acid residue in comparison with all known Cry2Ab proteins. The cry2Ab25 gene was expressed in Escherichia coli BL21(DE3) cells. Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) revealed that the Cry2Ab25 protein is about 70 kDa. The toxin expressed in BL21(DE3) exhibited high toxicity against Malacosoma neustria and Rhagoletis cerasi with 73% and 75% mortality after 5 days of treatment, respectively.
주요 농업해충인 담배거세미나방에 대하여 높은 생물활성을 보이는 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB099 균주의 내독소단백질의 특성이 검토되었다. 이 균주의 내독소단백질은 효소 처리 없는 SDS-PAGE 결과 HD-l 균주에서는 일부 용해되어 130 kDa과 60 kDa의 두 개의 단백질밴드가 나타났으나 KB099균주에서는 용해되지 않고 130kDa의 밴드만이 관찰되었다. KB099균주의 내독소단백질에 감수성 해충인 담배거세미나방의 중장액으로 소화하였을 때에는 약 60 kDa 단백질밴드가 형성됨을 확인하였다. 또한 두 균주의 각각의 내독소단백질에 감수성해충의 소화액으로 반응시켰을 때 생물활성이 약했던 HD-l균주는 약6시간 만에 주요 밴드가 사라지는데 비해 활성이 강한 KB099균주는 12시간이상 까지도 활성밴드가 유지되다가 24시간 정도에서 밴드가 사라졌다. KB099균주가 생산하는 내독소단백질 유전자의 탐색을 위한 PCR실험에서 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1C, Cry1D 그리고 Cry1I 등 6개의 유전자가 존재함을 확인하였다.
B. thuringiensis에서 분리된 cryIB, truncated cryIB$[cryIB({\alpha})]$, cryIA(b), 및 cytA 유전자를 E. coli-Bacillus의 shuttle vector인 pBES에 cloning하여 이 유전자의 동종 혹은 이종발현과 이들 형질전환된 균주에서 생성되는 살충성 결정 단백질의 형태와 특성을 조사하였다. E. coli와 Bacillus의 형질전환은 electroporation으로 이루어졌으며, 효과적인 형질전환을 위한 field strength와 resistance는 E. coli의 경우 11.0 kV/cm와 129 ohms였고, Bacillus의 경우에는 4.5 kV/cm와 48 ohms였다. E. coli나 Bacillus에서 형성되는 살충성 결정 단백질의 전자현미경적인 형태는 원래의 숙주에서 형성된 것과 동일하여 CryIB와 CryIA(b)는 bipyramid 형이고, CytA는 부정형이었으며, 크기는 E. coli에서 형성된 것이 Bacillus에서 형성된 것 보다 작았다. Alkaline pH에서의 살충성 결정 단백질의 용해도는 E. coli의 경우 pH의 증가에 따라 점진적으로 증가되었으나, Bacillus의 경우에는 pH 9 까지는 점진적으로 증가하다가 pH 9 이상에서는 큰 폭으로 증가하여 E. coli의 경우보다 2배 이상의 차이를 보였다.
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.
CHOI, SOO KEUN;BYUNG SIK SHIN;BON TAG KOO;SEUNG HWAN PARK;AND JEONG IL KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제4권3호
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pp.171-175
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1994
To find new crystal protein genes, we screened 42 Bacillus thuringiensis strains of serovar standards by Southern hybridization with a cryI-specific probe which was amplified from B. thuringiensis subsp. kurstaki HDl by polymerase chain reaction (PCR). Two strains, B. thuringiensis subsp. entomocidus HD9 and subsp. subtoxicus HD109, generated weak signals under the low-stringency hybridization conditions. Further analysis with Southern hybridization revealed that the two strains contained cryIB genes which are slightly different from those of B. thuringiensis subsp. thuringiensis HD2. These results were confirmed by PCR with cryIB-specific primers followed by the restriction analysis of PCR products.
Three-dimensional (3D) models for the 65-kDa activated Cry4A and Cry4B $\delta$-endotoxins from Bacillus thuringiensis subsp. israelensis that are specifically toxic to mosquito-larvae were constructed by homology modeling, based on atomic coordinates of the Cry1Aa and Cry3Aa crystal structures. They were structurally similar to the known structures, both derived 3D models displayed a three-domain organization: the N-terminal domain (I) is a seven-helix bundle, while the middle and C-terminal domains are primarily comprise of anti-parallel $\beta$-sheets. Circular dichroism spectroscopy confirmed the secondary structural contents of the two homology-based Cry4 structures. A structural analysis of both Cry4 models revealed the following: (a) Residues Arg-235 and Arg-203 are located in the interhelical 5/6 loop within the domain I of Cry4A and Cry4B, respectively. Both are solvent exposed. This suggests that they are susceptible to tryptic cleavage. (b) The unique disulphide bond, together with a proline-rich region within the long loop connecting ${\alpha}4$ and ${\alpha}5$ of Cry4A, were identified. This implies their functional significance for membrane insertion. (c) Significant structural differences between both models were found within domain II that may reflect their different activity spectra. Structural insights from this molecular modeling study would therefore increase our understanding of the mechanic aspects of these two closely related mosquito-larvicidal proteins.
전국 토양, 앙장 농가, 저곡 창고, 시설 원예 단지, 과수원, 산, 밭 등에서 분리한 토양과 먼지 등의 시료로부터 거세미나방속 해충에 강한 독성을 보이는 7개 균주를 분류하였다. 이들을 각각 STB-1에서 STB-7까지 명명하였으며 모두 약 130kDA의 내독소 단백질을 형성하였다. 편모항원성 검정 결과 STB-1, STB-2는 B. thuringiensis subsp. kurstaki와 STB-3, STB-4, STB-5는 subsp. kenyae와 반응하였으며 STB-6, STB-7은 기존의 편모항체와 반응하지 않았다. PCR로 유전자형을 분석한 결과 STB-1은 B. thuringiensis subsp. kurastaki에서는 보고되지 않은 cryIE 유전자를 가지고 있으며 STB-5는 subsp. kenyae와는 다른 유전자형을 보였다. 기존의 편모항체와 반응을 보이지 않은 STB-6와 STB-7은 cryIA(a), cryIA(b), cryIC, cryII를 가지고 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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