近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗蟲(chóng)功能基因研究與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)蛋白質(zhì)科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，在《通訊-生物（Communications Biology）》刊物上發(fā)表了題為“The crystal structure of Cry78Aa from  Bacillus thuringiensis  provides insights into its insecticidal activity”的研究論文。該研究解析了對(duì)刺吸式害蟲(chóng)稻飛虱高毒力的Bt殺蟲(chóng)蛋白Cry78Aa的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該蛋白的殺蟲(chóng)活性與半乳糖等碳水化合物的結(jié)合密切相關(guān)。

 

　　轉(zhuǎn)Bt抗蟲(chóng)作物已成功應(yīng)用于農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防治，有效地減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用。然而可用于防治水稻稻飛虱的Bt殺蟲(chóng)基因匱乏。自2018年以來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)先后從Bt野生菌株1012、C9F1、B4F11中鑒定克隆出4種對(duì)稻飛虱具有高活性的新基因 cry64Ba/cry64Ca 、cry78Aa 和 cry78Ba 。其中，Cry78Aa蛋白是國(guó)際上第一個(gè)被報(bào)道的對(duì)稻飛虱高毒力的單一組分Bt蛋白，在轉(zhuǎn)基因作物防治稻飛虱等刺吸性口器害蟲(chóng)方面展示出良好的應(yīng)用前景。目前此類(lèi)蛋白的晶體結(jié)構(gòu)未見(jiàn)報(bào)道，Bt蛋白對(duì)稻飛虱等刺吸式害蟲(chóng)的殺蟲(chóng)機(jī)制尚不清楚，嚴(yán)重阻礙了此類(lèi)新型Bt蛋白的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

 

　　本研究首次解析Cry78Aa蛋白的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)明顯不同于商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的3D-Cry蛋白。其結(jié)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域組成：N端為類(lèi)似于S型蓖麻毒素B鏈型凝集素的β-三葉草結(jié)構(gòu)域，C端則為屬于氣單胞菌溶素（Aerolysin）的β-成孔結(jié)構(gòu)域，這表明Cry78Aa蛋白屬于Aerolysin家族β-成孔蛋白。進(jìn)一步研究表明，Cry78Aa蛋白的β-三葉草結(jié)構(gòu)域可與半乳糖、N-乙酰半乳糖胺以及乳糖結(jié)合，在發(fā)揮殺蟲(chóng)活性中起著至關(guān)重要的作用；C端結(jié)構(gòu)域包含了Aerolysin型成孔結(jié)構(gòu)域所具有的保守結(jié)構(gòu)單元，說(shuō)明Cry78Aa蛋白的成孔結(jié)構(gòu)域可能會(huì)形成一個(gè)巨大的復(fù)合體，以aerolysin家族毒素類(lèi)似的方式在細(xì)胞膜上成孔。本研究建立了Cry78Aa蛋白對(duì)稻飛虱的殺蟲(chóng)作用模型，初步揭示了Cry78Aa蛋白毒殺稻飛虱的作用機(jī)制，為Cry78Aa蛋白進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用奠定了理論基礎(chǔ)。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所為論文的第一完成單位，博士研究生曹蓓蓓為論文第一作者，張杰研究員和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張德林副研究員為論文通訊作者；該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

 

　　全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s42003-022-03754-6