[发明专利]一种抗水稻褐飞虱的杀虫蛋白Cry30T及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种抗水稻褐飞虱的杀虫蛋白Cry30T及其编码基因与应用。本发明的Cry30T为将Cry30Fa1蛋白氨基酸序列的第1‑49位氨基酸截去，且将所述Cry30Fa1蛋白氨基酸序列的第515位氨基酸由亮氨酸突变为脯氨酸、第534位氨基酸由苯丙氨酸突变为酪氨酸、第574位氨基酸由丝氨酸突变为苯丙氨酸、第644位氨基酸由颉氨酸突变为甲硫氨酸、第657位氨基酸由精氨酸突变为谷氨酰胺和第680位氨基酸由天冬氨酸突变为甘氨酸，保持其他部分氨基酸残基序列不变，得到的蛋白质。通过实验证明：Cry30T对褐飞虱等刺吸式口器昆虫具有强杀虫活性，为防治稻褐飞虱等水稻害虫提供了新的策略，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种抗水稻褐飞虱的杀虫蛋白Cry30T及其编码基因与应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)是全球耕种面积最大的粮食作物，亚洲20亿人口所需热量的80％从中摄取(Jay Maclean et al.,2013)。水稻褐飞虱(Nilaparvata lugens)是水稻的主要害虫，每年能导致水稻减产超100万吨，在飞虱发生严重的年份可达200万吨(Cheng,2015)。褐飞虱属于半翅目(Hemiptera)，颈喙亚目(Auchenorrhyncha)，稻虱科(Delphacidae)(Bourgoin,2014)，为半变态昆虫，全生育期分卵、若虫、成虫三个阶段。褐飞虱食性单一，只取食栽培水稻和普通野生稻。为害时褐飞虱成、若虫群集于稻丛基部，通过刺吸水稻韧皮部汁液为害(Seo et al.,2009)，造成水稻光合产物的流失。同时，刺吸分泌凝固性的唾液形成“口针鞘”(Wang et al.,2008)，阻碍稻株体内水分及养分的运输，严重时可使稻株茎秆变黑，全株枯黄死亡，甚至引起全田稻株枯死，形成所谓的“虱烧”(IRRI,1979)；另外，褐飞虱在产卵时还会利用产卵器划破水稻茎秆和叶片组织，影响稻株水分和养分的输送与吸收；褐飞虱还是水稻草状丛矮病和齿叶矮缩病等水稻病毒病的虫媒(Cabauatan et al.,2009；Heinrichs,1979)。自1980年以来我国每年受到褐飞虱危害的稻田面积占总种植面积的50％，造成的损失达10％～20％，严重时可达40％～60％。

目前，防治褐飞虱主要通过栽培管理、合理使用农药、利用天敌、培育抗虫品种以及利用外源抗性基因培育转基因水稻等方式进行。农药的施用往往受限于天气条件，在高温多雨飞虱高发的季节农药的效果容易受到限制，大量消耗了人力财力的同时，对环境造成污染，危害人类健康。在经销商的促销及错误引导下农民对农药的使用往往超过使用说明的建议剂量，有证据表明，农药的过度使用是飞虱爆发的主要原因(Sogawa,2015)。培育抗虫品种是对环境友好、最具经济效益的抗虫策略。自1973年以来，国际水稻研究所(International Rice Research Institute，简称IRRI)先后选育了一系列含有抗褐飞虱主基因的水稻品种：1973年培育出含Bph1基因的IR26，1976年推出含bph2基因的IR36，1982年又推出含Bph3基因的IR56，这些品种的育成有效地控制了褐飞虱的暴发。虽然水稻抗褐飞虱育种已经取得了一些成绩，但是依然存在一些问题。首先，抗褐飞虱基因多来源于野生稻或原始材料，抗性基因往往与生产不利基因连锁，打破连锁所需时间长；其次，目前精细定位的抗飞虱基因及主效QTL还较少；再次，由于飞虱对抗性基因的适应性导致新的生物型的产生，使抗性品种失效。比如含Bph1基因的IR26仅在推广两年后便被生物II型的褐飞虱攻克，含bph2基因的IR36也在推广数年后被生物型III的褐飞虱攻克。因此，发掘和利用新的抗褐飞虱基因，采用现代育种技术培育具有持久水平抗虫性的水稻品种，是抗褐飞虱水稻育种的关键。