近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所抗蟲功能基因研究與利用創(chuàng)新團隊與華中農業(yè)大學蛋白質科學研究團隊合作，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。該研究解析了對刺吸式害蟲稻飛虱高毒力的Bt殺蟲蛋白Cry78Aa的晶體結構，發(fā)現(xiàn)該蛋白的殺蟲活性與半乳糖等碳水化合物的結合密切相關。

 

　　轉Bt抗蟲作物已成功應用于農業(yè)害蟲防治，有效地減少了化學農藥的使用。然而可用于防治水稻稻飛虱的Bt殺蟲基因匱乏。自2018年以來，該研究團隊先后從Bt野生菌株1012、C9F1、B4F11中鑒定克隆出4種對稻飛虱具有高活性的新基因 cry64Ba/cry64Ca 、cry78Aa 和 cry78Ba 。其中，Cry78Aa蛋白是國際上第一個被報道的對稻飛虱高毒力的單一組分Bt蛋白，在轉基因作物防治稻飛虱等刺吸性口器害蟲方面展示出良好的應用前景。目前此類蛋白的晶體結構未見報道，Bt蛋白對稻飛虱等刺吸式害蟲的殺蟲機制尚不清楚，嚴重阻礙了此類新型Bt蛋白的進一步開發(fā)應用。

 

　　本研究首次解析Cry78Aa蛋白的高分辨率晶體結構，發(fā)現(xiàn)其結構明顯不同于商業(yè)化應用最廣泛的3D-Cry蛋白。其結構由兩個獨立的結構域組成：N端為類似于S型蓖麻毒素B鏈型凝集素的β-三葉草結構域，C端則為屬于氣單胞菌溶素（Aerolysin）的β-成孔結構域，這表明Cry78Aa蛋白屬于Aerolysin家族β-成孔蛋白。進一步研究表明，Cry78Aa蛋白的β-三葉草結構域可與半乳糖、N-乙酰半乳糖胺以及乳糖結合，在發(fā)揮殺蟲活性中起著至關重要的作用；C端結構域包含了Aerolysin型成孔結構域所具有的保守結構單元，說明Cry78Aa蛋白的成孔結構域可能會形成一個巨大的復合體，以aerolysin家族毒素類似的方式在細胞膜上成孔。本研究建立了Cry78Aa蛋白對稻飛虱的殺蟲作用模型，初步揭示了Cry78Aa蛋白毒殺稻飛虱的作用機制，為Cry78Aa蛋白進一步開發(fā)利用奠定了理論基礎。

 

　　中國農業(yè)科學院植物保護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業(yè)大學張德林副研究員為論文通訊作者；該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目等項目的資助。

 

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