轉Bt基因抗蟲棉外源Bt蛋白的差異表達

常麗娟，宋 君，劉文娟，張富麗，王 東，尹 全，雷紹榮

(四川省農業科學院分析測試中心，四川 成都 610066)

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轉Bt基因抗蟲棉外源Bt蛋白的差異表達

常麗娟，宋 君，劉文娟，張富麗，王 東，尹 全，雷紹榮

(四川省農業科學院分析測試中心，四川 成都 610066)

【目的】研究轉Bt基因抗蟲棉外源Bt蛋白表達的時空規律，明確Bt蛋白表達量和轉Bt基因抗蟲棉抗性的內在聯系，更加有效降低靶標害蟲危害。【方法】采用ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay)蛋白定量檢測方法，以轉Bt基因抗蟲棉鄂抗蟲棉1號(GK19)為研究材料，對轉Bt基因抗蟲棉不同組織器官、不同生長時期主莖功能葉和不同生長時期主莖不同葉位葉片的Bt蛋白含量進行檢測。【結果】轉Bt基因抗蟲棉不同組織器官Bt蛋白含量存在差異，苗期葉片最高，花、蕾、鈴次之，根、莖較低；不同生長時期主莖功能葉Bt蛋白含量呈現出隨生長發育時間推進而降低的趨勢；不同生長時期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量差異較大，苗期和盛蕾期第1～7葉呈現出逐漸下降的趨勢，而盛花期和盛鈴期第1～7葉呈現出先緩慢升高后逐漸穩定的趨勢。【結論】Bt蛋白在轉Bt基因抗蟲棉各生長時期，各組織器官都有表達，且表達量呈時空動態變化。

轉Bt基因抗蟲棉；ELISA；Bt蛋白含量；差異表達

【研究意義】棉花是我國廣泛種植的經濟作物。長期以來，由于棉鈴蟲的危害使棉花產量顯著下降，給我國經濟造成了嚴重損失。棉鈴蟲田間防治通常采用噴灑化學農藥的方法，隨著農藥使用時間的延長，棉鈴蟲的抗藥性逐年增加，且農藥在環境中大量累積，危害人類身體健康。轉基因抗蟲棉的培育成功解決了棉鈴蟲傳統防治所面臨的問題，國內大多轉基因抗蟲棉品種都轉入了來自蘇云金芽孢桿菌的Bt基因，由該基因編碼的Bt蛋白對鱗翅目、鞘翅目昆蟲具有特異毒性。Bt蛋白表達量直接決定轉基因抗蟲棉的抗性。【前人研究進展】已有研究發現，Bt蛋白表達具有時空效應[1-3]且易受環境因素影響，如溫度[4-5]、濕度[5]、干旱和漬澇[6]、鹽脅迫[7]、氮肥施用量[8]等都可影響Bt蛋白表達量。【擬解決的關鍵問題】在四川生態環境條件下種植長江流域具有代表性的抗蟲棉品種鄂抗蟲棉1號，并對鄂抗蟲棉1號不同組織器官、不同生長時期主莖功能葉和不同生長時期主莖不同葉位葉片的Bt蛋白含量進行研究，旨在探究Bt蛋白表達的時空變化規律，為長江流域轉Bt基因抗蟲棉的田間種植提供理論依據。

表1 不同組織器官Bt蛋白含量

注：同列數據后標不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Data in the same row followed by different lowercase letters shows significant difference at 0.05 level.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的轉Bt基因抗蟲棉品種為鄂抗蟲棉1號。田間種植4月播種，行距0.4 m，株距0.3 m，采用隨機區組設計，每個品種種植3個小區，每個小區種植100株，常規管理。

1.2 試驗方法

1.2.1 取樣 每個小區隨機抽取20株轉基因抗蟲棉，取苗期根、莖和葉片；花期花和葉片；蕾期蕾和葉片；鈴期鈴和葉片。葉片采集植株主莖頂部倒數第1～7片完全展開的葉片，蕾采集直徑約5 mm的小蕾，鈴采集直徑約1 cm的小鈴。

1.2.2 待測樣品的處理 將采集的轉Bt基因抗蟲棉樣品液氮研磨，每個樣品研磨后迅速稱取0.4 g粉末于離心管中，向離心管中加入4 mL的PBS溶液(由Envirologix試劑盒提供的提取緩沖液粉末溶解后再加5 %的吐溫配置而成)，低溫搖床振蕩12 h，取出樣品放于低溫高速離心機4 ℃、8000 r/min離心20 min，取上清液備用。

1.2.3 可溶性總蛋白含量的檢測 按照BCA 蛋白含量檢測試劑盒要求稀釋標準曲線，并稀釋待測樣品的可溶性總蛋白濃度至標準曲線范圍內，將25 μl BSA標準液和待測樣品分別加入到酶標板內相應位置，然后加入BCA 工作液200 μl，充分混勻37 ℃放置30 min后，在562 nm波長下讀取光密度值，建立標準曲線并計算樣品中可溶性總蛋白的含量。

1.2.4 Bt蛋白含量的檢測 Bt 蛋白含量采用Envirologix試劑盒測定，按照試劑盒說明書，將標準蛋白稀釋成1.00、0.80、0.64、0.46、0.28、0.10 ng·mL-16個濃度梯度，并稀釋待測樣品的Bt 蛋白濃度至標準曲線范圍內，將標準液和待測樣品一起加入酶標板內相應位置，得到相應的光密度值，建立標準曲線并計算樣品中單位鮮重Bt 蛋白的含量。

1.3 數據處理

采用 Excel 2007和SPSS 13.0 軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同組織器官Bt蛋白含量的檢測

分別對轉Bt基因抗蟲棉苗期根、莖和葉片、蕾期蕾、花期花、鈴期鈴的 Bt 蛋白含量進行檢測，實驗結果發現，苗期葉片可溶性總蛋白含量最高，根可溶性總蛋白含量最低，不同組織器官間可溶性總蛋白含量無顯著差異。單位可溶性總蛋白Bt蛋白含量苗期葉片最高，與其他組織器官差異顯著；花、蕾、鈴Bt 蛋白含量次之；根、莖Bt 蛋白含量較低，與葉、花、蕾、鈴差異顯著(表1)。

2.2 不同生長時期主莖功能葉Bt蛋白含量的檢測

為了研究轉Bt基因抗蟲棉不同生長時期主莖功能葉Bt蛋白含量是否存在差異(圖1)，分別采集苗期、盛蕾期、盛花期和盛鈴期主莖頂端倒數第3片完全展開的葉片為樣本，對樣品單位鮮重Bt蛋白含量和可溶性總蛋白含量進行了檢測。數據分析發現，單位可溶性總蛋白Bt蛋白含量苗期葉片最高；盛蕾期葉片緩慢降低；盛花期葉片下降幅度較大，與苗期葉片和盛蕾期葉片均差異顯著；盛鈴期葉片最低，不同生長時期主莖功能葉單位可溶性總蛋白Bt蛋白含量呈現出隨生長發育時間推進而降低的趨勢。

2.3 不同生長時期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量的檢測

對轉Bt基因抗蟲棉不同生長時期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量進行檢測，實驗結果發現，苗期和盛蕾期頂部倒數第1～7葉單位可溶性總蛋白Bt蛋白含量呈現出逐漸下降的趨勢，前3葉下降幅度較大，第4葉后Bt蛋白含量緩慢下降；而盛花期和盛鈴期頂部倒數第1～7葉Bt蛋白含量呈現出先緩慢升高后逐漸穩定的趨勢(圖2，表2)。

表2 不同時期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量

注：同列數據后標不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Data in the same row followed by different lowercase letters shows significant difference at 0.05 level.

3 討 論

迄今為止，我國農業部批準種植的轉Bt基因抗蟲棉外源基因有cryIAb和cryIAc2個基因，外源基因啟動子大多采用花椰菜花葉病毒35 S啟動子(CaMV35S)。已有研究表明，由CaMV35S啟動的外源基因在不同類型的植物中表達量不盡相同[9]，在同種植物的不同發育階段、不同的組織器官表達量也存在差異[10-11]。陳松等[1]報道，在苗期全展功能葉中Bt蛋白含量最高，根、莖和葉柄中Bt蛋白含量較低；不同生育期葉片Bt蛋白含量苗期葉片最高，蕾期次之，花鈴期最低。本試驗研究發現，Bt蛋白含量在苗期葉片中最高，蕾、花、鈴次之，根、莖較低；不同生長時期功能葉Bt蛋白含量呈現出隨生長發育時間推進而降低的趨勢，與陳松的研究結果相一致。孫偉等[2]研究發現，苗期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量呈現出先升高后降低的趨勢。本試驗對鄂抗蟲棉1號不同生長時期不同葉位葉片Bt蛋白含量研究發現；苗期和盛蕾期第1～7葉Bt蛋白含量呈現出逐漸下降的趨勢，而盛花期和盛鈴期第1～7葉Bt蛋白含量呈現出先緩慢升高后逐漸穩定的趨勢，苗期實驗結果與已有研究結果不符，可能是由于實驗選用的轉基因抗蟲棉品種不同、采用的Bt蛋白檢測方法不同或種植地生態環境不同等多方面因素影響的結果。由實驗結果可以看出，抗蟲棉生長發育后期Bt蛋白含量下降較快，而這個時間正好是田間第四代棉鈴蟲的高發時期，提高Bt蛋白在抗蟲棉生長發育后期的表達量是亟待解決的問題。

圖1 不同時期主莖功能葉Bt蛋白含量Fig.1 Contents of Bt protein in main stem functional leaves of different growth stages

圖2 不同時期主莖不同葉位葉片Bt蛋白含量Fig.2 Contents of Bt protein in main stem leaves of different positions in different growth stages

[1]陳 松，吳敬音，周寶良，等. 轉Bt基因棉Bt毒蛋白表達量的時空變化[J]. 棉花學報，2000，12(4)：189-193.

[2]孫 偉，曹玉洪. 轉Bt基因抗蟲棉Bt毒蛋白表達量的時空變化[J]. 安徽農業科學，2005，33(2)：202-203.

[3]李汝忠，沈法富，王宗文，等. 轉Bt基因抗蟲棉Bt基因表達的時空動態[J]. 山東農業科學，2002(2)：7-9.

[4]姜周庚，張延昭，馮夢詩，等. 高溫脅迫對盛鈴期Bt棉棉鈴中殺蟲蛋白表達量及氮代謝的影響[J]. 中國棉花，2012，39(4)：13-32.

[5]張 祥，王桂霞，顧 超，等. 高溫和濕度對轉Bt基因棉葉片 Bt 蛋白表達的影響[J]. 應用生態學報，2012，23(11)：3016-3020.

[6]王家寶，王留明，沈法富，等. 環境因素對轉Bt基因棉Bt殺蟲蛋白表達量的影響[J]. 山東農業科學，2000(6)：4-6.

[7]張桂玲，溫四民. 鹽脅迫對轉Bt基因棉苗期Bt蛋白表達量和氮代謝的影響[J]. 西北農業學報，2011，20(6)：106-109.

[8]代建龍，董合忠，段留生，等. 施氮肥對鹽脅迫下Bt棉生長和葉片Bt蛋白含量的影響[J]. 棉花學報，2012，24(4)：303-311.

[9]Narvaez-Vasquez J, Orozca-Cardenas M L, Ryan C A. Differential expression of a chimeric CaMV-tomato proteinase Inhibitor I gene in leaves of transformed nightshade, tobacco and alfalfa plants[J]. Plant Molecular Biology, 1992, 20: 1149-1157.

[10]Mazier M, Chaufaux J, Sanchis V, et al. The cryic gene fromBacillusthuringiensisprovides protection againstSpodopteralittoralisin young transgenic plants[J]. Plant Science, 1997, 127: 179-190.

[11]Pauk J, Stefanov I, Fekete S, et al. A study of different (CaMV 35S and mas) promoter activities and risk assessment of field use in transgenic rapeseed plants[J]. Euphytica, 1995, 85: 411-416.

(責任編輯 陳 虹)

Study on Bt Protein Differential Expression inBtTransgenic Cotton

CHANG Li-juan, SONG Jun, LIU Wen-juan, ZHANG Fu-li, WANG Dong, YIN Quan, LEI Shao-rong

(Analysis and Test Center, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066 China)

【Objective】Studying on the temporal and spatial dynamics of Bt protein expression in Bt transgenic cotton and determining the relation of Bt protein expression andBttransgenic cotton can effectively reduce the harm of target pests.【Method】In this paper, the Bt protein contents in the different tissues, organs, main stem functional leaves and main stem leaves at different positions of transgenic cotton cultivar(GKl9) in different growth stages were studied. 【Result】The Bt protein contents of all tissues and organs were different, which were in order of seedling>flower>boll> bud>root>stem. There was a reduction tendency of Bt protein in main stem functional leaves in different growth stages with the advance of development. The Bt protein contents among main stem leaves at different positions in different growth stages were obviously different, which indicated the gradual decrease from the first to the seventh leaves in seedling and full budding stage and a gradual stabilization after a slow increase from the first to the seventh leaves in full flowering and bolling stages. 【Conclusion】The Bt protein in all growth periods, all tissues and organs ofBttransgenic cotton were expressed, which changed with temporal and spatial dynamics.

TransgenicBtcotton; ELISA; Content of Bt protein; Differential expression

1001-4829(2017)6-1275-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.006

2016-01-20

四川省財政基因工程項目論文基金(2014LWJJ-011)

常麗娟(1982-)，女，碩士研究生，助理研究員，Email: juanjuanclj@126.com。

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