[发明专利]人工合成的对草地贪夜蛾高毒力杀虫基因及应用

说明书

本发明涉及人工合成的对草地贪夜蛾高毒力杀虫基因及应用，以植物偏好的密码子优化苏云金芽胞杆菌的vip3Aa11基因，人工合成vip3Aa‑m3和vip3Aa‑m4基因，构建得到表达载体pBRI‑IRGT5901和表达载体pBRI‑IRGT5902。利用农杆菌介导法将所构建的表达载体转化玉米自交系品种，获得了抗草地贪夜蛾的玉米转化事件，Vip3Aa蛋白表达量约在0.2～7.1μg/g鲜重之间，且转vip3Aa‑m3基因玉米对草地贪夜蛾表现出高杀虫活性，外源基因和抗虫性状可以稳定遗传至下一代，获得的抗虫转基因玉米材料具有很好的应用价值，可以作为候选材料进行下一步抗草地贪夜蛾玉米的育种工作。

技术领域

本发明属于生物防治技术领域，特别是涉及人工合成的对草地贪夜蛾高毒力的杀虫基因及其应用。

背景技术

虫害是世界农作物减产的一个重要因素，平均每年因此损失粮食总产量的10％左右，直接经济损失达100亿美元以上。过去几十年的防治主要依赖化学农药，在为农业生产做出巨大贡献的同时，化学农药却造成了环境污染、人畜中毒、生态失衡等严重后果。在这些巨大的代价面前，全球都在寻找和开辟新的病虫害防治策略和技术。

草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)属鳞翅目，夜蛾科，原产于美洲热带和亚热带地区的杂食性害虫，草地贪夜蛾于2016年1月首次入侵非洲(Goergen et al，2016，PLoSOne,11(10):e0165632)，2018年5月入侵印度，两年间已在多个国家暴发虫灾；2019年在中国云南监测到草地贪夜蛾入侵，国内入侵的草地贪夜蛾为玉米型，由于其较强的迁飞能力和繁殖能力，将对玉米生产和国家粮食安全产生极大威胁(郭井菲等，警惕危险性害虫草地贪夜蛾入侵中国.植物保护，2018,44(6):1-10；吴秋琳等，草地贪夜蛾缅甸虫源迁入中国的路径分析.植物保护，2019，45(2):1-6)。

苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)是一种分布极其广泛的革兰氏阳性细菌，它在形成芽胞的同时，能产生蛋白性质的伴胞晶体(parasporal crystal)，对多种昆虫、线虫、螨类和原生动物具有特异性的杀虫活性(Schnepf et al,Bacillusthuringiensis and its pesticidal crystal proteins.Microbiology and MolecularBiology Review,1998,62(3):775-806)。杀虫晶体蛋白(Insecticidal CrystalProteins,ICPs)主要由cyt和cry基因编码。苏云金芽胞杆菌在营养生长期也会产生一类杀虫蛋白，并分泌到胞外，不形成晶体，称为营养期杀虫蛋白(vegetative insecticidalproteins，VIP)，营养期杀虫蛋白杀虫过程与晶体蛋白类似，即在昆虫中肠首先溶解，成为原毒素，之后被肠道蛋白酶降解为具有专一活性的毒素，与中肠上特异的受体进行结合(PigottEllar,Role of receptors in Bacillus thuringiensis crystal toxinactivity.Microbiology and Molecular Biology Review,2007,71(2):255–281)，导致昆虫死亡。营养期杀虫蛋白与杀虫晶体蛋白氨基酸序列相似性不高，在中肠结合的受体蛋白也不相同(Lee et al,The mode of action of the Bacillus thuringiensisvegetative insecticidal protein Vip3A differs from that of Cry1Abδ-endotoxin.Applied and Environmental Microbiology,2003,69(8):4648-4657)。苏云金芽胞杆菌对人畜无害，不污染环境，因而Bt在害虫的生物防治中得到了广泛应用。