Mikrobiol. Z. 2022; 84(4):9-29.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj84.04.009

Інсектицидна та рістстимулююча активність Bacillus thuringiensis kurstaki HD-1

С.А. Лопес-Пасос¹, Ф.М. Чаварріо Каньяс¹, А.К. Рохас Аріас²

¹Університет Антоніо Наріньо
Східне Шосе, 3, Богота, 47A-15, Колумбія

²Фонд Аграрного університету Колумбії — UNIAGRARIA
вул. 170, Богота, 54A-10, Колумбія

Bacillus thuringiensis (Bt) продукує токсини Cry проти комах-шкідників. Білки Cry формуються трьома доменами, пов’язаними з утворенням пор і розпізнаванням білкових рецепторів. Домен I пов’язаний з утворенням пор, тоді як домени II та III відіграють важливу роль у розпізнаванні рецепторів, особливо петлі домену II. Відомо, що різні види Bacillus здатні стимулювати ріст рослин шляхом фіксації азоту, виробництва сидерофорів або розчинення фосфатів. Tecia solanivora (Ts) (Lepidoptera: Gelechiidae) є важливим шкідником картоплі в Америці, який чутливий до білків Cry1Ac та Cry1B з Bt. Системна стійкість рослин (ISR) викликається атакою шкідників. Водночас її може активувати Bacillus sp., наприклад, B. velezensis має гени, пов’язані зі синтезом ліпопептидів spoVT, та comA, spoVT, abrB, yczE, comA та degQ, phoR та phoP. Що, в свою чергу, пов’язані із кальцій-залежним шляхом трансдукції (L-багаті повторювані рецептори як попередники протеїнкінази EXS, рецептор протеїнкінази 5 та нечутливий до брасиностероїдів 1-асоційований рецептор кінази 1), а також кальмодулін-залежні протеїнкінази або синтез жасмонової кислоти / етилену, окислювальний стрес, флавоноїди, феноли, інгібітори та захисні білки патогенів. Мета. Дослідити Bt kurstaki HD-1 (BtkHD1) стосовно контролю Ts (включаючи аналіз доменів Cry1Ac та Cry1B II), стимулювання росту картоплі та ISR рослин під дією шкідників до BtkHD1. Методи. Для забезпечення постійного контролю якості BtkHD1 підтримувався синтез кристалів (оцінювали за допомогою мікроскопії), наявність генів сry1 (оцінювали за ПЛР) та продукція протеїну Cry (оцінювали за допомогою SDS-PAGE). Bt вивчали для фенотипу стимулювання росту рослин (фіксація азоту, виробництво сидерофору, солюбілізація фосфатів та синтез індолилоцтової кислоти). Біоаналізи проводили із застосуванням кристалів Bt на личинках першого віку Ts (для боротьби з комахами), потім саджанці картоплі (сорт Креол) інокулювали 1 ∙ 1010 КУО/мл BtkHD1. Проведено аналіз in silico гібридного білка Cry1Ac-Cry1Ba для ідентифікації відповідних залишків у розпізнаванні рецепторів ISR картоплі, пов’язаних із впливом BtkHD1, який визначали за допомогою геномного аналізу Bt та картоплі. Результати. Показано характеристику BtkHD1 та хорошу якість штаму, включаючи біпірамідальні кристали, наявність генів cry1 та синтез Cry1-подібних білків 130 кДа. Змінні ПЛР (концентрація ДНК, MgCl₂, Taq ДНК-полімераза та температура гібридизації праймерів) оцінювали за допомогою конструкції Taguchi дев’ятьма експериментами (E=2k+1 (E=кількість експериментів, k=кількість факторів)). Біоаналіз білка BtkHD1 на личинках Ts показує LC₅₀ в раціоні 536 нг/см2, а також фенотипи, пов’язані зі стимулюванням росту рослин: фіксація азоту, вироблення сидерофору та розчинення фосфатів (шляхом продукування кислот). Аналіз стимулювання росту картоплі виявив вплив BtkHD1 на картоплю — довжину і суху масу стебел. Проспективний аналіз враховував відповідні фактори, що впливають на біологічну функцію гібридного білка, орієнтованого на домен II, пов’язаний з трьома відкритими петлями розчинника (1: 340IGG342; 2: 401QN402; 3: 429LPPETTE435). Ідентифіковано 15 білків BtkHD1 та 68 білків картоплі, пов’язаних із шкідниками рослин. Це дослідження показує, що гени, пов’язані з циклічними ліпопептидами (сурфактин, ітурин та фенгіцин), які продукуються нерибосомними пептид-синтетазами або гібридними полікетид-синтазами. Ліпопептиди стимулюють кальцій-залежний шлях передачі сигналу, що контролюється жасмоновою кислотою/етиленом, взаємодію з регуляторними білками як неекспресором генів, пов’язаних з патогенезом, рецепторами кінази та протеїнкіназами, активованими міто-геном, що приводить до формування в рослин системної стійкості. Висновки. Цей проект спрямований на валідацію токсичності для личинок Ts та ефекту росту картоплі на основі BtkHD1, включаючи попередній аналіз гібридного білка Cry1Ac1-Cry1Ba1 та білків, пов’язаних із цим штамом та картоплею, для виявлення системної стійкості, активованої шкідниками.

Ключові слова: Bacillus thuringiensis ABTS-351, білок Cry, Tecia solanivora, сприяння розвитку Solanum tuberosum, індукована системна резистентність.

Повний текст (PDF, англ)