中国农业科学院植保所解析Bt杀虫蛋白Cry78Aa晶体结构

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所抗虫功能基因研究与利用创新团队与华中农业大学蛋白质科学研究团队合作，在《通讯-生物（Communications Biology）》刊物上发表了题为“The crystal structure of Cry78Aa from  Bacillus thuringiensis  provides insights into its insecticidal activity”的研究论文。该研究解析了对刺吸式害虫稻飞虱高毒力的Bt杀虫蛋白Cry78Aa的晶体结构，发现该蛋白的杀虫活性与半乳糖等碳水化合物的结合密切相关。

 

　　转Bt抗虫作物已成功应用于农业害虫防治，有效地减少了化学农药的使用。然而可用于防治水稻稻飞虱的Bt杀虫基因匮乏。自2018年以来，该研究团队先后从Bt野生菌株1012、C9F1、B4F11中鉴定克隆出4种对稻飞虱具有高活性的新基因 cry64Ba/cry64Ca 、cry78Aa 和 cry78Ba 。其中，Cry78Aa蛋白是国际上第一个被报道的对稻飞虱高毒力的单一组分Bt蛋白，在转基因作物防治稻飞虱等刺吸性口器害虫方面展示出良好的应用前景。目前此类蛋白的晶体结构未见报道，Bt蛋白对稻飞虱等刺吸式害虫的杀虫机制尚不清楚，严重阻碍了此类新型Bt蛋白的进一步开发应用。

 

　　本研究首次解析Cry78Aa蛋白的高分辨率晶体结构，发现其结构明显不同于商业化应用最广泛的3D-Cry蛋白。其结构由两个独立的结构域组成：N端为类似于S型蓖麻毒素B链型凝集素的β-三叶草结构域，C端则为属于气单胞菌溶素（Aerolysin）的β-成孔结构域，这表明Cry78Aa蛋白属于Aerolysin家族β-成孔蛋白。进一步研究表明，Cry78Aa蛋白的β-三叶草结构域可与半乳糖、N-乙酰半乳糖胺以及乳糖结合，在发挥杀虫活性中起着至关重要的作用；C端结构域包含了Aerolysin型成孔结构域所具有的保守结构单元，说明Cry78Aa蛋白的成孔结构域可能会形成一个巨大的复合体，以aerolysin家族毒素类似的方式在细胞膜上成孔。本研究建立了Cry78Aa蛋白对稻飞虱的杀虫作用模型，初步揭示了Cry78Aa蛋白毒杀稻飞虱的作用机制，为Cry78Aa蛋白进一步开发利用奠定了理论基础。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所为论文的第一完成单位，博士研究生曹蓓蓓为论文第一作者，张杰研究员和华中农业大学张德林副研究员为论文通讯作者；该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等项目的资助。

 

　　全文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-022-03754-6