{ 镳蛆2012,38(2):66—70 白僵菌培养基继代培养对蛋白酶(cdep1)、 几丁质酶(ch/t1)基因表达的影响 孙召朋 z, 张正坤 , 徐文静 , 汪洋洲 , 潘洪玉 , 李启云 (1.吉林大学,长春130062; 2.吉林省农业科学院,长春130033) 摘要[目的]对球孢白僵菌D6—2和I 1一l菌株进行室内培养基继代培养,比较其不同世代之间毒力及毒力相关基 因表达-e__N的差异。[方法]对目的菌株进行室内生物测定,用I T 。和I T o作为毒力评价标准来检测不同世代之 间毒力的变化情况。为了明确继代培养对球孢白僵菌毒力相关酶基因表达情况的影响,以188 rDNA基因为内参, 利用半定量RT PCR对蛋白酶cdepl基因和几丁质酶chit1基因的表达情况进行检测。[结果]在lO 孢子/mI 供 试浓度下,随着世代的更替,两个供试菌株F 代相比于F 代,其I ..和I T 降低,说明其对玉米螟的毒力有所增 强。而两个供试菌株F ~FI代对玉米螟的毒力呈下降趋势。在内参基因稳定表达的情况下,两个供试菌株I 1 1 和D6 2的cdepl基因和chitl基因在F 和F 代表达稳定,随着继代次数的增多,供试菌株两个基因的表达量均呈 下降趋势,这与对亚洲玉米螟毒力测试的结果呈正相关性。[结论]Fz代毒力和毒力酶基因表达最强,F1代与Fz 代基本相似或略低于 代,Fz~F[代毒力和毒力酶基因表达依次减弱。 关键词球孢白僵菌; 继代培养; 毒力; 毒力相关酶基因; 半定量RT-PCR 文献标识码: A DOI: 10.3969/j.issn.0529—1542.2012.02.013 中图分类号: S 476.12 Effects of Beauveria bassiana during subculturing on virulence and expression level of cdep1 and chit 1 genes Sun Zhaopeng .Zhang Zhengkun ,Xu Wenjing ,Wang Yangzhou2,Pan Hongyu ,Li Qiyun (1.Jilin University,Changchun 130062,China;2.Jilin Academy ofAgricultural Sciences,Changchun 130033,China) Abstract[Objective]To determine the impact of successive culture of Beauveria bassiana for 5 generations on vir— ulence and expression 1evel of virulence ̄related genes.[Method]The conidia of two strains Of B.bassiana,D6 2 and L1—1.were harvested from in vitro subcultures on SDAY mediun ̄The expression level of virulence relative enzyme gene,cdepl and chit1 of both strains tested,were detected by semi—quantitative RT-PCR,in which the housekeeping gene 18S rDNA was used as an internal control gene.[Result]Bioassay results against Ostrinia furnacalis showed that the I.Tso and I T9()of F2 generation of both strains were lower than those of the F1 generation during subcultu— ring,which indicated that the virulence was increased,whereas the virulence from F2 tO F5 generation declined.The expression of cdepl and chit1 genes were not significantly different in Fl and F2 generations of both strains tested, but in the subculturing generations,declined.[Conclusion]The expression levels of the tWO genes were positively correlated with the virulence against furnacalis in this study. Key words Beauveria bassiana; subculture; virulence; virulence related gene: semi quantitative RT PCR 白僵菌(Beauveria bassiana)是目前国内生物 防治中应用最广泛的昆虫病原真菌 ,具有防治害 虫效果好,不伤害天敌,对人、畜、植物无毒害,容易 大量生产,无残毒,害虫不易产生抗性等优点 z-,在 玉米螟和松毛虫等的防治中已取得很好的防效 引。 研究表明,在穿透寄主体壁的过程中,球孢白僵菌会 产生多种降解酶。在穿透昆虫体壁的早期,昆虫病 原真菌高水平表达蛋白酶,降解昆虫的体表蛋白_4]。 同时,也表达用于降解昆虫体壁的主要组成成分几 丁质的几丁质酶 。球孢白僵菌在防治应用中菌种 鉴 旦翅:2蓦龛疆旦p11—04—15 : *通信作者 E-mail:qyli1225@vaK o.。co … 一…一 吉林省科技厅科技 殍计划蚩点资助项目(20080249) 修订日期:201l一06—19 38卷第2期 孙召朋等:向僵菌培养基继代培养对蛋白酶(cdep1)、几丁质酶(chit1)基因表达的影响 ・67・ 资源主要来源于自然直接筛选的菌株,生产的菌株 “退化”是防效不稳定的重要原因之一。高毒力菌株 经多代培养后毒力退化的现象已被认识[6],但原因 不是十分清楚。本研究对两株田问采集分离的野生 白僵菌菌株进行了培养基继代培养,通过对亚洲玉 米螟的室内毒力测定,评价了继代培养对白僵菌毒 力的影响。同时,明确了每一世代白僵菌蛋白酶和 几丁质酶基因的表达水平,分析了继代培养对白僵 菌毒力及其蛋白酶和几丁质酶基因的影响。 1材料与方法 1.1 试验材料 供试昆虫:亚洲玉米螟公主岭种群Ostrinia furnacalis(Guen6e)]2龄幼虫,南吉林省农业科学 院植物保护研究所汪洋洲博士提供。 供试菌株:球孢白僵菌D1—5和D6—2分离自德 惠市玉米田的玉米螟僵虫虫体,南本实验室沙土管 保存于一80”C超低温冰箱(Thermo Forma)。 1.2主要试剂 限制性核酸内切酶EcoR I、HindⅢ购自MBI Fermentas,Trizol reagent购自上海生工,琼脂糖为 Bio-Rad公司产品,总RNA抽提试剂盒为大连宝生 物工程有限公司(TaKaRa)产品。所用无水乙醇、异 丙醇、氯仿等有机溶剂为中同医药(集团)上海化学 试剂公司产品,均为分析纯。 1.3室内毒力测定 1.3.1 白僵菌供试菌株的继代培养 将供试菌株在无菌条件下从沙土管接种在 SDAY培养基(质量浓度4 )葡萄糖,1 蛋白胨, 2 酵母膏,pH7.O),为F 代,培养20 d左右后刮取 孢子,将孢子制备成1×10 个/mL浓度的孢子悬 液,涂布于SDAY培养基,共进行F。~F 代培养, 每个菌株各世代培养1O皿,收集每个世代孢子,均 配制成1×10 孢子/mI 浓度的孢子悬浮液供试。 1.3.2萌发率的测定 取相同量菌悬液接种于SDAY培养基中(终浓 度为1×10 孢子/mI ),26℃培养16 h,测其萌发 率,每个菌株重复3次。 1.3.3 室内生物测定方法 将室内饲养、龄期一致的2龄玉米螟幼虫浸入 1×10 孢子/mI 的孢子悬液中5~10 S后,用滤纸 吸去多余药液,将试虫转移到正常条件下饲养。每 处理4次重复,每重复浸虫20头,并设无菌水处理 作为对照。在黑暗环境下培养10 d,每天记录被白 僵菌感染的试虫数。 1.3.4数据统计与分析方法 根据调查数据,计算各处理的校正死亡率,公式 如下: 死亡率(P )一死亡虫数(K)/ 处理总虫数(N)×100 ; 校正死亡率(P )一[处理死亡率(尸f)一空白对 照死亡率(P。)]/[1一空白对照死亡率(P。)]; 利用DPS分析软件进行统计分析数据。 1.4半定量RT-PCR检测继代培养对白僵菌蛋白 酶、几丁质酶基因表达的影响 1.4.1样品收集及总RNA提取 从培养供试菌株的PDA培养基上刮取100 mg 分生孢子,采用Trizol法提取总RNA。利用紫外分 光光度计测定各处理中总RNA的浓度,并保证 A。∞/A。。。比值在1.8~2.0之间,以确保总RNA 纯度。 1.4.2 半定量RT—PCR[ 1 ] 利用紫外分光光度计测定样品RNA浓度,每 个处理上样量为50 ng总RNA,利用蛋白酶 (cdep1)(AYO4O532.1)、几丁质酶(chit1)(AY145— 440.1)及管家基因18S rDNA(GQ302680.1)特异性 引物进行cDNA第l链合成。以各基因cDNA第1 链为模板进行目的片段PCR,反应中调整反应循环 数,以10、15、2O个循环每隔5个循环进行一次反 应,PCR反应条件为以目的基因条带指数增长期循 环数为准确定基因表达量的差异。各基因PCR反 应体系为:2 I cDNA产物,0.5 L Taq DNA聚合 酶,目的基因(或18S rDNA基因)上下游引物各1 L, dNTPs 1“L,10×buffer 5 tA ,MgC12(25 retool/L) 3 I ,终体积5O L。反应程序如下:94℃2 min, 94。C 50 s,58。C(cdep1)/52℃(chit1)/58℃(18S rDNA)50 S,72。C 1 min(10、15、20、25个循环), 72℃10 min。4℃保存。 表1待测基因所用引物序列 e出 forward primer GCA(X3 玎 Oe 门 鞠 r.AG cdepl reverse primer chit1 forward primer n reveme primer GGAGGTAAGAG(Y2CCAGATTG ̄ 18S rDNA forward primer CCTCTGGCgETCCTTGGTGATTC 18S rDNA reverse primer CAGACCTTGCCC ̄CAATTGTTCCT ・ 68 ・ 才直扬铱妁 2012 根据上述PCR反应结果确定各基因扩增指数 期循环数,以供试菌株不同世代各基因cDNA为模 板,进行PCR扩增。琼脂糖凝胶电泳胶浓度1.5 。 2结果与分析 2.1继代培养对白僵菌孢子萌发率的影响 两菌株在SDAY培养基中经16 h培养后,其萌 发率如图1所示。两个菌株的萌发率变化规律基本 相似,Fz代萌发率明显高于F 代,分别达到77 和 7O ,在随后的继代培养中,F{、F4、F 代萌发率依 次降低,L1—1的F 代萌发率仅为2 。 1OO 、。 8O 0 40 罄2O O 图1供试臼僵茵菌株不同世代萌发率测定(p=0.05) 2.2继代培养对白僵菌杀玉米螟毒力的影响 白僵菌两菌株不同世代对亚洲玉米螟2龄幼 虫的毒力测定结果见表2和表3。菌株u一1 F 代 孢子对亚洲玉米螟的致死中时(LT 。)和致死9O 时间(LT9。)分别为186.63 h和284.16 h,而F2代 孢子分别为180。61 h和209.61 h,明显低于F1 代,而F。~Fs代孢子的I T 。和L 。逐渐增加,明 显高于Fz代和F 代,说明其毒力在不断下降。 D6—2菌株F 代孢子对亚洲玉米螟的LT 。和LT。。 分别为17O.09 h和19O.21 h,而F。代分别为 137.70 h和165.84 h,明显低于F1代,而F3~F5 代孢子的LTs。和LT。。逐渐增加,明显高于F2代和 F 代,说明随着继代次数的增加其毒力也在不断 下降。 表2白僵菌L1-1菌株不同世代对亚洲 玉米螟2龄幼虫的毒力(1O’孢子/mL) 世l弋 霉炙 蛆责程 ::瑟 糯凳系 魂 瞄 鼍譬l鼍 h- Et Q 046 5x 毽 678琏 O.845 ̄ 86.63 214. 鸯。 。2 047 4x,一蕊 608 828 4 18.5I_ 61 208 ̄6i Fa Q.044 Ox 一3.7 岛 9 0.8919| I. 舄 38 228.32 娶 Q 037 3x。_一 2啊9 O.9oo琵2 I 毡0| 篷毫 蔼薯 0.039 ∞--4.371 5 O.941 8 2毽鞋| 舔誊| 鼍 表3 白僵菌D6—2菌株不同世代对亚洲玉米 螟2龄幼虫的毒力(10’孢子/mL) 2.3继代培养对白僵菌毒力相关基因表达的影响 2.3.1 RT-PCR反应循环数的确定 利用供试菌株目的基因和管家基因cDNA第1 链为模板,进行目的基因半定量RT-PCR反应循环 数的确定。从图2中可以看出,18S rDNA基因和 chit1基因在15~2O个循环时条带差异明显,而 cdepl基因在10~15个循环时条带差异明显,因 此,以18个循环为18S rDNA基因和chit1基因的 检测循环数,以13个循环作为cdepl基因的检测循 环数。 300 bp a.管家基因l8S rDNA M l 2 3 4 b chitl基因 M 1 2 3 4 c.cdepI基因 M为分子量marker,条带1~4分别为循环数10、15、20、25 图2管家基因及毒力相关基因 半定量RT-PCR循环数的确定 2.3.2 目的基因的半定量RT-PCR检测 为了明确继代培养对球孢白僵菌毒力相关酶基 因表达情况的影响,以18S rDNA基因为内参,利用 半定量RT-PCR对cdepl基因和chit1基因的表达 情况进行了检测。从图3可以看出,在内参基因稳 定表达,也就是总RNA量相同的情况下,两个供试 38卷第2期 孙召朋等:白僵菌培养基继代培养对蛋白酶(cdep1)、几丁质酶(chit1)基因表达的影响 ・69・ 菌株L1—1和D6—2的cdepl基因和chitl基因在F1 规律。F 与F。代各项指标基本相似或者略低于F。 和F。代表达稳定,随着继代次数的增多,供试菌株 两个基因的PCR条带明显变弱,说明其表达量在不 断下降,这与对亚洲玉米螟毒力测试的结果一致。 代,从F。代开始到F 代,萌发率、毒力及其相关酶 基因的表达呈现逐渐降低的趋势,这和唐晓庆等人 所报道的继代培养中产生不同类型的分离株,这些 分离株多表现为产孢量下降、毒力降低等与生产性 cdepI C 打I 状退化类似的变异现象基本相符E18]。其可能的原 因是由于F 刚从沙土管中接出,菌株新陈代谢能力 l8S rDNA 皇墨薯置田置■薯置圈 下降,经过相当于活化阶段的F 代后,在F 代各种 a b a.菌株LI一1,b.菌株D6.2,1~5分别代袁F ~F 图3继代培养对球孢白僵菌毒力相关酶基因 cdepl和chit1基因mRNA表达的影响 3讨论 毒力测定结果表明,两株白僵菌供试菌株的F。 代比F 代对亚洲玉米螟2龄幼虫的毒力有所增强, 而F。~F 代对玉米螟的毒力呈下降趋势。球孢白 僵菌通过分泌蛋白酶、几丁质酶和脂酶来降解昆虫 体壁,其中几丁质酶和蛋白酶具有重要作用E12-14]。 本研究利用半定量RT-PCR方法对两株白僵菌中 两种毒力相关酶基因在不同世代的表达情况进行了 测定,发现随着继代次数的增多,供试菌株两个毒力 相关酶基因的表达量均呈下降趋势,与对亚洲玉米 螟毒力测定结果一致。出现这种现象可能是由于 F 代直接接种于沙土管,菌株并没有表现出很高的 萌发率和毒力,在F 活化之后,F 代达到其毒力最 大值,F。~F5依次减弱。 在白僵菌继代培养过程中,随着继代次数的增 多,会有多个生物性状发生改变。P.Rajanikanth 等E¨]报道继代培养对产孢量和毒力有很大的影响。 唐晓庆等l6 报道了继代培养中菌落都会发生变化, 并提出了菌落局变发生的几种可能的遗传机制。唐 晓庆等人EM]报道了继代培养对抗旱力的影响,结果 显示继代培养能增强菌株的抗旱力,但菌株生活力 减弱。樊美珍等ll ]通过研究证明,以SDAY为基 础培养基的不同C/N比、不同pH培养基中,均未 发现菌落局变及菌种退化,SDAY最适于白僵菌生 长。本试验中采用SDAY为培养基研究供试白僵 菌菌株萌发率、毒力及其相关酶基因的表达,结果表 明这些指标均发生了变化,并且表现出相似的变化 指标都达到最大值,从F 代到F 代的继代培养,菌 株毒力相关酶基因表达量逐渐降低,从而导致了毒 力的下降。Ansari等[19]对另一广泛应用的生防真 菌绿僵菌(Metarhizium anisopliae)的3株商业化 菌株进行了12代的继代培养,发现其毒力并未发生 变化,并将其作为绿僵菌高效菌株的筛选标准。生 防真菌的毒力在继代培养过程中可能依赖其自身的 遗传背景,本研究中只对两株白僵菌菌株进行了继 代培养对毒力及毒力相关因素的影响,是否在白僵 菌中存在经继代培养而毒力不发生变化的菌株,还 需要进一步研究。 由于白僵菌对靶标昆虫的致病力由多种因素 造成E ,本研究只是从蛋白酶和几丁质酶基因的表 达方面进行了研究,关于其他影响因素如萌发率、 毒素代谢水平等还需进一步研究。同时,在菌种使 用过程中,定期进行虫体复壮,可以恢复菌株毒力 这一问题上存在争论l2 ,本试验只对培养基继代 培养白僵菌毒力退化情况进行了测定,对于通过虫 体进行菌株复壮并未研究,后者可作为以后研究的 新方向。 参考文献 Eli林海萍,韩正敏,张昕,等.球孢白僵菌研究现状及提高其杀虫 效果展望[J].浙江林学院学报,2006,23(5):575—580. 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