Частота встречаемости cry-подобных генов в штаммах Bacillus thuringiensis Крымской коллекции микроорганизмов
https://doi.org/10.21285/achb.941
EDN: AQLWEO
Аннотация
Энтомопатогенные штаммы Bacillus thuringiensis используются для разработки биопрепаратов нового поколения против листогрызущих вредителей. Целью проведенного исследования было изучение частоты встречаемости cry-подобных генов в штаммах и выбор перспективного для создания на его основе энтомопатогенного биопрепарата. Материалом для исследования послужили энтомопатогенные штаммы Bacillus thuringiensis, полученные из Крымской коллекции микроорганизмов Научно-исследовательского института сельского хозяйства Крыма. Энтомопатогенное действие перспективных штаммов изучали в ходе лабораторных опытов на личинках представителей отрядов Coleoptera, Lepidoptera. В качестве наиболее перспективных, содержащих не менее четырех генов токсинообразования, отобраны штаммы Bacillus thuringiensis 708 (cry1, thuE, cry7-8, cry11), 942 (cry1, thuE, cry11, vip), 949 (cry1, thuE, cry4, cry7-8), 989 (cry1, thuE, cry11, vip), 0162 (cry1, thuE, cry11, vip), 0307 (cry1, thuE, cry4, cry7-8), 0308 (cry1, thuE, cry4, cry7-8), 0363 (cry1, thuE, cry5, cry11) и 0371 (cry1, thuE, cry9, cry11). Установлено, что выделенные штаммы Bacillus thuringiensis 0162, 0307, 0363 и 0371 оказывают высокое энтомопатогенное действие против личинок колорадского жука, ильмового листоеда (88,3–100%), гусениц плодовой моли, капустной совки, златогузки и американской бабочки (92,3–100%). Показано, что штамм Bacillus thuringiensis 0371 проходит все классические фазы развития и в течение 45–48 ч демонстрирует полный выход кристаллов и спор из спорангия. Таким образом, штамм 0371 перспективен для разработки регламента производства биопрепарата для защиты сельскохозяйственных растений.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания № FNZW-2022-0006.
Об авторе
А. В. Крыжко
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма
Россия
Россия
Крыжко Анастасия Владимировна, к.с-х.н., ведущий научный сотрудник
295453, г. Симферополь, ул. Киевская, 150
Список литературы
1. Arthurs S., Dara S.K. Microbial biopesticides for invertebrate pests and their markets in the United States // Journal of Invertebrate Pathology. 2019. Vol. 165. P. 13–21. DOI: 10.1016/j.jip.2018.01.008.
2. Jouzani G.S., Valijanian E., Sharafi R. Bacillus thuringiensis: a successful insecticide with new environmental features and tidings // Applied Microbiology and Biotechnology. 2017. Vol. 101. P. 2691–2711. DOI: 10.1007/s00253-017-8175-y.
3. Duarte Neto J.M.W., Wanderley M.C.A., da Silva T.A.F., Marques D.A.V., da Silva G.R., Gurgel J.F., et al. Bacillus thuringiensis endotoxin production: a systematic review of the past 10 years // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2020. Vol. 36. P. 128. DOI: 10.1007/s11274-020-02904-4.
4. Jo H., Tagele S.B., Pham H.Q., Kim M.-C., Choi S.-D., Kim M.-J., et al. Response of soil bacterial community and pepper plant growth to application of Bacillus thuringiensis KNU-07 // Agronomy. 2020. Vol. 10, no. 4. P. 551. DOI: 10.3390/agronomy10040551.
5. Perez M.P., Sauka D.H., Onco M.I., Berretta M.F., Benintende G.B. Selection of Bacillus thuringiensis strains toxic to cotton boll weevil (Anthonomus grandis, Coleoptera: Curculionidae) larvae // Revista Argentina de Microbiología. 2017. Vol. 49, no. 3. P. 264–272. DOI: 10.1016/j.ram.2016.12.010.
6. Soleymani S., Sarrafzadeh M.-H., Mostoufi N. Modeling of fermentation process of Bacillus thuringiensis as a sporulating bacterium // Chemical Product and Process Modeling. 2019. Vol. 14, no. 2. P. 2018000. DOI: 10.1515/cppm-2018-0007.
7. Guttmann D.M., Ellar D.J. Phenotypic and genotypic comparisons of 23 strains from the Bacillus cereus complex for a selection of known and putative B. thuringiensis virulence factors // FEMS Microbiology Letters. 2000. Vol. 188, no. 1. P. 7–13. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2000.tb09160.x.
8. Hansen B.M., Hendriksen N.B. Detection of enterotoxic Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis strains by PCR analysis // Applied and Environmental Microbiology. 2001. Vol. 67, no. 1. P.185–189. DOI: 10.1128/AEM.67.1.185-189.2001.
9. Palma L., Muñoz D., Berry C., Murillo J., Caballero P. Bacillus thuringiensis toxins: an overview of their biocidal activity // Toxins (Basel). 2014. Vol. 6, no. 12. P. 3296–3325. DOI: 10.3390/toxins6123296.
10. Fang Y., Li Z., Liu J., Shu C., Wang X., Zhang X., et al. A pangenomic study of Bacillus thuringiensis // Journal of Genetics and Genomics. 2011. Vol. 38, no. 12. P. 567–576. DOI: 10.1016/j.jgg.2011.11.001.
11. Lee M.K., Walters F.S., Hart H., Palekar N., Chen J.-S. The mode of action of the Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein Vip3A differs from that of Cry1Ab delta-endotoxin // Applied and Environmental Microbiology. 2003. Vol. 69, no. 8. P. 4648–4657. DOI: 10.1128/AEM.69.8.4648-4657.2003.
12. Sena J.A., Hernández-Rodríguez C.S., Ferré J. Interaction of Bacillus thuringiensis Cry1 and Vip3A proteins with Spodoptera frugiperda midgut binding sites // Applied and Environmental Microbiology. 2009. Vol. 75, no. 7. P. 2236–2237. DOI: 10.1128/AEM.02342-08.
13. Bravo A., Likitvivatanavong S., Gill S.S., Soberón M. Bacillus thuringiensis: a story of a successful bioinsecticide // Insect Biochemistry and Molecular Biology. 2011. Vol. 41, no. 7. P. 423–431. DOI: 10.1016/j.ibmb.2011.02.006.
14. Crickmore N., Zeigler D.R., Schnepf E., Van Rie J., Lereclus D., Baum J., et al. Revision of the nomenclature for the Bacillus thuringiensis pesticidal crystal proteins // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1998. Vol. 62, no. 3. P. 807–813. DOI: 10.1128/MMBR.62.3.807-813.1998.
15. Van Frankenhuyzen K. Cross-order and cross-phylum activity of Bacillus thuringiensis pesticidal proteins // Journal of Invertebrate Pathology. 2013. Vol. 114, no. 1. P. 76–85. DOI: 10.1016/j.jip.2013.05.010.
16. Ben-Dov E. Bacillus thuringiensis subsp. israelensis and its dipteran-specific toxins // Toxins (Basel). 2014. Vol. 6, no. 4. P. 1222–1243. DOI: 10.3390/toxins6041222.
17. De Maagd R.A., Bravo A., Berry C., Crickmore N., Schnepf H.E. Structure, diversity, and evolution of protein toxins from spore-forming entomopathogenic bacteria // Annual Review of Genetics. 2003. Vol. 37. P. 409–433. DOI: 10.1146/annurev.genet.37.110801.143042.
18. Chougule N.P., Bonning B.C. Toxins for transgenic resistance to hemipteran pests // Toxins (Basel). 2012. Vol. 4, no. 6. P. 405–429. DOI: 10.3390/toxins4060405.
19. Ohba M., Mizuki E., Uemori A. Parasporin, a new anticancer protein group from Bacillus thuringiensis // Anticancer Research. 2009. Vol. 29, no. 1. P. 427– 433.
20. Zheng J., Gao Q., Liu L, Liu H., Wang Y., Peng D., et al. Comparative genomics of Bacillus thuringiensis reveals a path to specialized exploitation of multiple invertebrate hosts // mBio. 2017. Vol. 8, no. 4. P. e00822-17. DOI: 10.1128/mBio.00822-17.
21. Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T.L. Primer–BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction // BMC Bioinfomatics. 2012. Vol. 13. P. 134. DOI: 10.1186/1471-2105-13-134.
22. Franco-Rivera A., Benintende G., Cozzi J., Baizabal-Aguirre V.M., Valdez-Alarcón J.J., López-Meza J.E. Molecular characterization of Bacillus thuringiensis strains from Argentina // Antonie Van Leeuwenhoek. 2004. Vol. 86, no. 1. P. 87–92. DOI: 10.1023/B:ANTO.0000024913.94410.05.
23. Willumsen P.A., Johansen J.E., Karlson U. Isolation and taxonomic affiliation of N-heterocyclicaromatic hydrocarbon-transforming bacteria // Applied Microbiology and Biotechnology. 2005. Vol. 67, no. 3. P. 420–428. DOI: 10.1007/s00253-004-1799-8.
24. Bravo A., Sarabia S., Lopez L., Ontiveros H., Abarca C., Ortiz A., et al. Characterization of cry genes in a Mexican Bacillus thuringiensis strain collection // Applied and Environmental Microbiology. 1998. Vol. 64, no. 12. P. 4965–4972. DOI: 10.1128/AEM.64.12.4965-4972.1998.
25. Jain D., Sunda S.D., Sanadhya S., Nath D.J., Khandelwal S.K. Molecular characterization and PCRbased screening of cry genes from Bacillus thuringiensis strains // 3 Biotech. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 4. DOI: 10.1007/s13205-016-0583-7.
26. PCR primer design / ed. A. Yuryev. Totowa: Humana Press, 2007. 431 p.
27. Хайлафян А.А. Современные статистические методы медицинских исследований: монография. М.: Ленанд, 2014. 320 с.
28. Natingga D. Data science algorithms in a week. Birmingham – Mumbai: Packt Publishing, 2018. 214 p.
29. Galea A. Applied data science with Python and Jupyter. Birmingham – Mumbai: Packt Publishing, 2018. 174 p.
Рецензия
Для цитирования:
Крыжко А.В. Частота встречаемости cry-подобных генов в штаммах Bacillus thuringiensis Крымской коллекции микроорганизмов. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024;14(4):567-577. https://doi.org/10.21285/achb.941. EDN: AQLWEO
For citation:
Kryzhko A.V. Frequency of cry-like genes in Bacillus thuringiensis strains of the Crimean microorganism collection. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2024;14(4):567-577. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.941. EDN: AQLWEO
Просмотров:
78
Послать статью по эл. почте 