Протоксин Cry1Ac и активированный токсин Bacillus thuringiensis вызывают различную токсичность вследствие синергического взаимодействия кадгерина с ABCC-транспортёрами у хлопковой совки

Белки Cry Bacillus thuringiensis широко применяют во всём мире для борьбы с насекомыми. Согласно общепринятой гипотезе, протоксины Cry должны расщепляться протеазами с образованием активированного токсина, который связывается с белками клеток средней кишки и вызывает гибель насекомых. Однако протоксины Cry также связываются с белками средней кишки и сохраняют токсичность для насекомых, у которых развилась устойчивость к активированным токсинам, что указывает на существование независимого пути токсического действия. Кадгерин (CAD) и ABCC-транспортёры признаны важными рецепторами белков Cry. В настоящей работе с помощью CRISPR/Cas9 мы создали у Helicoverpa armigera различные мутации генов этих рецепторов. Мутант HaCAD-KO проявлял значительно более высокую устойчивость к активированному токсину Cry1Ac, чем к протоксину Cry1Ac. Напротив, мутанты HaABCC2-M и HaABCC3-M были более устойчивы к протоксину Cry1Ac, чем к активированному токсину. Однако у двойного мутанта HaABCC2/3-KO наблюдались очень высокие уровни устойчивости как к протоксину Cry1Ac, так и к активированному токсину, что подтверждает наличие дублирующих функций у обоих ABC-транспортёров в отношении этих двух белков. Кроме того, клетки Hi5, трансфицированные HaCAD, были чувствительны только к активированному токсину, но не к протоксину. Напротив, обе формы Cry1Ac обладали сходной токсичностью для клеток Hi5, экспрессирующих HaABCC2 или HaABCC3. Совместная экспрессия HaCAD с HaABCC2 или HaABCC3 выявила более выраженный синергический эффект для активированного токсина, чем для протоксина. В целом полученные результаты показывают, что токсичность активированного токсина Cry1Ac обусловлена синергическим взаимодействием HaCAD с ABCC-транспортёрами, тогда как токсичность протоксина Cry1Ac в основном опосредована ABCC-транспортёрами при небольшом участии HaCAD. Эти данные помогают понять механизм действия белков Cry, что может способствовать повышению эффективности и продлению устойчивости к развитию резистентности у Bt-культур.

Значимость: Более глубокое понимание механизма действия токсинов Bacillus thuringiensis необходимо для устойчивого применения Bt-культур. Общепринято считать, что протоксины Cry должны активироваться протеазами, чтобы связываться с белками клеток средней кишки и оказывать токсическое действие на насекомых. Мы получили новые сведения о токсическом пути белков Cry у хлопковой совки. Во-первых, наши результаты показывают, что протоксин Cry1Ac способен вызывать цитотоксичность в клетках насекомого, экспрессирующих ABCC-транспортёры. Во-вторых, мы установили, что CAD играет ключевую роль в различиях токсичности протоксина и токсина, обеспечивая синергическое взаимодействие с ABCC-транспортёрами. Полученные результаты представляют экспериментальные доказательства того, что протоксин Cry1Ac оказывает токсическое действие на H. armigera посредством этапов, отличающихся от механизма действия токсина. Эти новые сведения о механизме действия белков Cry могут способствовать повышению эффективности и продлению устойчивости к развитию резистентности у Bt-культур.