[发明专利]一种抗虫融合基因、编码蛋白及其应用

说明书

本发明公开了一种抗虫融合基因、编码蛋白及其应用，所述的基因包括从5’‑3’依次含有编码几丁质结合蛋白的核苷酸序列和编码Vip3毒素的核苷酸序列；且上述2个核苷酸序列位于同一个开放阅读框内。本发明所设计的用一个几丁质结合蛋白与一个Vip3毒素融合成的人工蛋白质分子，与原先的几丁质结合蛋白和Vip3蛋白相比，具有如下优点：杀虫谱广，能同时防治鳞翅目和半翅目中多种重要害虫(如甜菜夜蛾、粘虫、粉虱)，杀虫效率高达50％‑100％；有利于具有上述不同功能的蛋白和其它抗虫蛋白(如ICPs)联合使用，进一步扩大杀虫谱，延缓害虫抗性产生。

(一)技术领域

本发明涉及一种抗虫融合基因、该抗虫融合基因编码的融合蛋白，及上述融合蛋白的应用。

(二)背景技术

害虫给全球农业生产带来巨大的损失，目前害虫防治主要依靠化学农药，但是农药的使用加重了生产成本，并且农药残留对人体健康带来严重危害。因此，利用基因工程方法防治害虫具有重大经济、环境和社会价值。

获得转基因抗虫作物的关键是克隆优良杀虫蛋白质。杀虫蛋白质有很多，使用得最为广泛的是苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)在产胞期间所分泌一种伴胞晶体蛋白(insecticidalcrystal proteins，ICP)，如Cry1Ab，Cry1C等，这些蛋白对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等昆虫(比如小菜蛾、玉米螟)有很强的杀伤作用(Schnepf,E.,Crickmore,N.,Van,R.J.,Lereclus,D.,Baum,J.,Feitelson,J.,et al.1998,62(3),775-806.)，目前已被深入研究和广泛使用，玉米、大豆、土豆、棉花等转Bt基因作物已得到大规模商业化种植。苏云金芽胞杆菌在营养生长期间，还会分泌一种与ICPs无氨基酸序列同源性、杀虫机理完全不同的蛋白，即营养期杀虫蛋白(vegetative insecticidal proteins，VIPs)，如Vip3A、Vip3B、Vip3C、Vip3D、Vip3H，对一些对ICPs不敏感的害虫也有杀虫活性，并且不会发生交叉抗性(Estruch,J.J.,Warren,G.W.,Mullins,M.A.,Nye,G.J.,Craig,J.A.,Koziel,M.G.1996,Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America,93(11),5389-94.)。

Vip3蛋白作为一种新型的杀虫蛋白，对目前使用最为广泛的ICP蛋白从杀虫机制、杀虫谱到杀虫活性上都是一个很好的补充。比如，ICPs对斜纹夜蛾和粘虫的杀伤作用很弱，Vip3则对斜纹夜蛾和粘虫有非常好的防治效果。尽管如此，在转基因作物研发的实际操作中，仍然存在一些急需解决的技术性问题。例如，研究人员发现高表达单独的Vip3基因的植株生长比较迟缓，容易出现白化现象。这可能是由于转基因植物中直接表达Vip3蛋白后，该蛋白由于信号肽的分泌作用大量聚集并结合在植物细胞膜上并形成孔道，从而对细胞造成损坏，影响其生长发育。

半翅目害虫(如粉虱、飞虱)通过吮吸韧皮部汁液导致植物枯萎、落叶、发育迟缓、减产甚至绝收，对水稻、棉花等粮食和经济作物造成很大的危害。Bt抗虫基因对鳞翅目、鞘翅目等害虫有很好的杀伤作用。但是，目前还没有发现任何Bt蛋白对半翅目害虫有很好防治作用。最近，有科学家从蕨类植物中发现了一种对半翅目害虫具有很好的防治作用的蛋白Tma12，该蛋白是一种具有几丁质酶活性的几丁质结合蛋白(Shukla A K,Upadhyay S K,Mishra M,et al.2016,Nature Biotechnology。