作者:黄文祥

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苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)作为一种微生物杀虫剂,其销量占据整个生物杀虫剂的95%,由于对人、畜及害虫天敌极少或完全没有毒害作用,且不污染环境,在农业、林业、卫生害虫的生物防治中占有重要地位。


苏云金芽孢杆菌通过内生芽孢进行增殖,在形成芽孢的同时可以形成一个或多个不同形态、具杀虫活性的的伴孢晶体蛋白(ICPs)。然而,芽孢和ICPs在紫外光(UV)条件下极易降解,导致Bt存在喷施后作用时间短的弊端,为了提高杀虫效果往往需要多次使用,这就大大增加了使用成本,限制了其在世界范围内的应用。正因如此,抗紫外线也一直是Bt研究的热点。


近期,闽台作物生态病虫害防治国家重点实验室&福建农林大学生命科学学院的最新科研成果表明,解旋酶RecG参与调控苏云金芽孢杆菌对紫外线的抗性,这对于抗紫外线Bt的开发具有重要的指导意义。


RecG是生物体内的一种DNA解旋酶,其已被证明参与多种生物的DNA复制叉修复过程,目前对于其在苏云金芽孢杆菌(Bt)中的认识还很有限。该实验室的前期研究发现,Bt菌株LLP29在紫外线下连续增殖19代后的菌株对紫外线的抵抗力增强,而该菌株的RecG酶则被发现受损。


为了进一步了解RecG在Bt-LLP29抗紫外线中的作用机理,研究人员利用同源重组技术分别将该酶的编码基因从Bt-LLP29菌株中进行敲除和回补,构建了RecG缺失突变体(Bt ΔrecG-LLP29)和回补株系(Bt recG-R)。通过比较不同突变体和原菌株对逆境条件的抗性,发现RecG缺失突变体BtΔrecG-LLP29对UV的耐受性显著低于原始菌株Bt-LLP29和回补株系Bt recG-R;同时,缺失突变体的增殖速度也比其他供试菌株慢,究其原因,是由于受到紫外线照射后损伤的DNA无法被修复,导致DNA复制受阻从而影响菌株的生长增殖。缺失突变体菌株对过氧化氢(H2O2)的敏感性也高于原始菌株Bt-LLP29和回补株系Bt recG-R;当H2O2达到一定浓度时,缺失突变体菌株的增殖几乎停滞,而原始菌株和回补菌株仍具有较高的活性;这表明缺失突变体菌株对强氧化环境的抵抗力明显减弱,也证明了RecG在Bt抗氧化过程中的功能,其原因可能是RecG的缺失导致H2O2过氧化氢酶活性降低从而影响了菌株对H2O2的抗性。通过荧光定量PCR(RT-qPCR)检测不同强度紫外线处理下的Bt菌株中RecG的表达水平,发现RecG缺失突变体中RecG的表达水平几乎为零,明显低于原始菌株和回补株系;当暴露于紫外线下20 min时,原始菌株Bt-LLP29和回补株系的RecG表达水平最高,二者的解旋酶活性也高于RecG基因缺失突变体;随着UV暴露时间的增加,RecG的表达先上升然后下降,这可能表明RecG在DNA修复的早期主要起着更重要的作用。


近年来,对环境危害友好的生物农药已成为研究的热点。在生物农药使用过程中,紫外线很容易将生物农药降解,从而大大减弱生物农药的使用效果,因此,鉴定抗紫外线基因可以大大促进抗紫外线生物农药的研发和使用。该项研究的结果表明,RecG与Bt的抗紫外线能力有关,这是关于Bt中RecG的第一个报告,它不仅有助于我们进一步了解Bt的抗紫外线功能,而且还为抗紫外线降解的生物农药研发奠定了基础。