源自类芽孢杆菌属的Vip3C蛋白：防控鳞翅目作物害虫的新型杀虫蛋白工具

这篇研究报道了从Paenibacillus spp.中首次发现的Vip3Cb1/Vip3Cc1蛋白，通过全基因组测序和冷冻电镜(Cryo-EM)解析其空间结构，证实其通过孔道形成机制对棉铃虫(Helicoverpa zea)、草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)等鳞翅目害虫具有广谱活性，尤其对已产生Bt抗性的欧洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)展现独特防控效果，为抗性治理提供了新工具。

　　

ABSTRACT

新型杀虫蛋白的发现对防控已产生Bt抗性的鳞翅目害虫至关重要。研究团队突破传统Bt来源限制，从Paenibacillus popilliae相关菌株中鉴定出Vip3Cb1和Vip3Cc1蛋白，这是首次在非Bt细菌中发现具有鳞翅目活性的Vip3蛋白。通过全基因组测序和系统发育分析，确认产生菌株DSC004343/DSC020651与P. dendritiformis亲缘最近（16S rRNA相似性99.2%）。

INTRODUCTION

随着鳞翅目害虫对Bt Cry蛋白抗性加剧，研究者将目光投向Paenibacillus等非Bt微生物。这类微生物已知含有Cry18/Cry43等杀虫蛋白，但从未报道过Vip3家族蛋白。研究假设：与昆虫病原菌P. popilliae亲缘的菌株可能蕴含新型杀虫活性物质。

RESULTS

菌株发现与鉴定
从密苏里州蜂场土壤分离的DSC004343菌株呈现奶油色菌落，电镜显示其产生内生孢子但无伴胞晶体。基因组测序获得6.60 Mb高质量组装，BUSCO评估完整性>99%。

蛋白特性解析
Vip3Cb1与商业化的Vip3Aa20仅69.8%氨基酸同源性，但其结构域DI-II（孔道形成区）保守性达79%。冷冻电镜2.6?分辨率结构显示：原毒素呈"飞船状"四聚体，含5个结构域（DI-DV），其中DI-DII形成α螺旋通道，DIII-DV构成β片层翼状结构。胰蛋白酶在Lys195位点切割后，DI-DII重排为4α螺旋跨膜通道，电镜观察到Mg²⁺与Asn161配位（键长3.6?），证实其孔道功能。

杀虫谱差异
饮食覆盖实验显示：Vip3Cb1对烟芽夜蛾(Chloridea virescens)的LC₅₀为0.78 μg/cm²，对甜菜夜蛾(Chrysodeixis includens)更敏感（0.04 μg/cm²），但对鞘翅目昆虫无活性。独特的是，Vip3Cb1能有效防控对Cry蛋白产生抗性的欧洲玉米螟（2.0 μg/cm²），而Vip3Aa对此无效。

植物保护效果
转基因棉花中Vip3Cb1使棉铃虫危害率从70%降至<5%，棉铃保留量增加3倍。玉米试验中，融合叶绿体靶向肽(CTP)的Vip3Cb1使欧洲玉米螟茎秆隧道长度减少86%（P<0.00001）。但交叉抗性实验证实：Vip3Aa抗性品系的棉铃虫和草地贪夜蛾对Vip3Cb1也产生抗性。

DISCUSSION

这项研究通过扩大杀虫蛋白搜索范围，首次在Paenibacillus spp.中发现具有新型杀虫谱的Vip3蛋白。尽管与Vip3Aa存在交叉抗性，但Vip3Cb1对欧洲玉米螟的特异活性填补了现有防控空白。结构研究表明其与Vip3Aa相似的孔道形成机制，但受体结合域(DIII-DV)的差异可能解释杀虫谱差异。未来研究可聚焦于：1）利用P. popilliae分支菌株挖掘更多新型蛋白；2）解析决定欧洲玉米螟活性的关键结构域。

MATERIALS AND METHODS

研究采用Illumina HiSeq完成基因组测序（150×覆盖度），SPAdes组装后经BUSCO评估。杀虫活性通过96孔板饮食覆盖法测定，使用Davis 0-9级损伤评分系统。冷冻电镜样品在Gatan Solarus 950处理，ThermoFisher Titan Krios G3（300kV）采集数据，cryoSPARC v4.3.1处理图像。转基因植物通过农杆菌介导法转化，棉花选用DP393背景，玉米以LH244为受体。