During the last century, the overuse of synthetic chemical insecticides led to problems associated with natural environment such as harmful effects on nontarget organisms and development of resistance. Therefore, the application of insect pathogenic microorganisms including Bacillus thuringiensis (Bt), baculoviruses, and entomopathogenic fungi has been an environmentally favorable methods for insect control. However, their use has been limited by several factors such as narrow host spectrum and slow speed of insecticidal activities. A number of approaches have been taken to overcome these defects of microbial insecticides. A novel recombinant baculovirus, NeuroBactrus, was constructed to develop an improved baculovirus insecticide with additional beneficial properties, such as a higher insecticidal activity and improved recovery, compared to wild-type baculovirus. For the construction of the NeuroBactrus, the Bt cry1-5 crystal protein gene was introduced into the Autographa californica nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) genome by fusion of polyhedrin-cry1-5-polyhedrin under the control of the polyhedrin promoter. In the opposite direction, an insect-specific neurotoxin gene, AaIT, from Androctonus australis was introduced under the control of an early promoter from Cotesia plutellae bracovirus by fusion of a partial fragment of orf603. The Polyhedrin-Cry1-5-Polyhedrin fusion protein expressed by the NeuroBactrus was not only occluded into the polyhedra, but also activated by treatment with trypsin, resulting in an approximately 65-kDa active toxin. The NeuroBactrus showed a high level of insecticidal activity against Plutella xylostella larvae and a significant reduction in the median lethal time (LT50) against Spodoptera exigua larvae compared to those of wild-type AcMNPV. Expression of the foreign proteins (Bt toxin and AaIT) was continuously reduced during the serial passage of the NeuroBactrus. These results suggested that the NeuroBactrus could be recovered to wild-type AcMNPV through serial passaging. The cry gene from Bt, encoding the Cry protein, has been recently introduced into crops to generate transgenic plants that are resistant to pest insects. Through the 3D structure prediction and accompanying mutagenesis study for the Mod-Cry1Ac, 7 and 16 amino acid residues from domain I and II, respectively, responsible for its insecticidal activity against larvae of S. exigua and Ostrinia furnacalis were identified. We used site-directed mutagenesis to improve the insecticidal activity of Mod-Cry1Ac, resulted 34 mutant cry genes. These mutant cry genes were expressed, as a polyhedrin fusion form, using a baculovirus expression system. The expressed proteins were 95 kDa and SDS-PAGE analysis of the recombinant polyhedra revealed that expressed Cry proteins was occluded into polyhedra and activated stably to 65 kDa by trypsin. When the insecticidal activities of these mutant Cry proteins against to larvae of P. xylostella, S. exigua and O. furnacalis were assayed, they showed higher or similar insecticidal activity compared to those of Cry1Ac and Cry1C. Especially, Mutant-N16 is considered to have the potential for the efficacious biological insecticide since it showed the highest insecticidal activity.

곤충병원세균(Bacillus thuringiensis: 비티)의 살충효과를 증가시킨 미생물살충제 “비티플러스”가 개발되었다. 그러나 수화제 형태의 비티플러스는 농가나 산업체에서 높은 단가로 선호하지 않고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 액상 제형의 비티플러스를 개발하는 연구 목적을 두었다. 이러한 목적에 따라 먼저 비티플러스 제조에 포함되는 두 세균 배양액의 최적 혼합 비율을 결정하였다. 이 최적 혼합액은 10%의 에탄올을 보존제로 사용되었으며, 비티와 또 다른 곤충병원세균인 Xenorhabdus nematophila (Xn)의 배양액 비율이 5:4 (v/v)로 제조하게 했다. 또한 이 액상제형이 1,000 희석배수에서 효과를 보이기 위해 비티 배양액을 10 배 농축하여 최적 비율로 혼합하였다. 이렇게 해서 얻어진 액상 제형을 발육 후기 유충의 배추좀나방(Plutella xylostella)이 가해를 하는 배추밭에 처리하여 7일 후 약 77%의 방제 효과를 보였는데, 이 처리 효과는 현재 상용화되는 배추좀나방 적용 생물농약들과 비등한 효과를 나타내는 것으로 판명되었다. 저온 및 상온의 저장 분석에서 본 액상 제형은 최소한 한 달 동안 안정된 방제효과를 나타내는 것으로 분석되었다. 이 액상 제형의 안정된 방제 효과를 보장하여 주는 품질관리 기술을 개발하기 위해 제형 내비티 포자 밀도와 Xn 유래 유용물질의 농도를 판별하였다. 본 연구 분석은 최적의 방제 효과를 나타내기 위해서는 비티플러스 액상 제형에 비티 포자 밀도가 최소 5 × 1011 spores/mL 이고, Xn 세균 대사물질들 가운데 8 종 유효물질의 농도가 품질관리 판별 기준으로 제시되었다.

국내 배추좀나방(Plutella xylostella) 집단은 피레스로이드 농약에 대해서 저항성을 보이며, 이는 이 살충제의 작용점인 소듐이온채널 유전자의 돌연변이에 기인된다. 더욱이 배추좀나방은 대부분 상용화된 살충제에 대해서 저항성을 발달시킬 수 있다. 본 연구는 배추좀나방을 효과적으로 방제하기 위해 내부기생성 천적인 프루텔고치벌(Cotesia plutellae)과 미생물농약인 Bacillus thuringiensis의 혼합처리 기술을 개발하기 위해 수행되었다. 프루텔고치벌이 감수성과 저항성 배추좀나방에 대한 기생 선호성에 차등이 있는 지 조사하기 위해 다섯 개 서로 다른 집단에 대해서 살충제 감수성과 프루텔고치벌 기생성 차이를 비교하였다. 이들 배추좀나방 집단들은 피레스로이드, 유기인계, 네오니코틴계 및 곤충성장조절제를 포함하는 세 종류의 상용 살충제에 대한 약제 감수성에서 뚜렷한 차이를 보였다. 그러나 이들 집단들은 프루텔고치벌에 의한 기생률에서는 차이를 보이지 않았다. 더욱이 기생된 배추좀나방은 B. thuringiensis에 대해서 감수성이 증가되었다. 프루텔고치벌이 갖는 면역억제인자 가운데 바이러스 유래 ankyrin 유전자(vankyrin)를 비기생된 배추좀나방에 발현시켰다. Vankyrin의 발현은 배추좀나방 3령충의 B. thuringiensis에 대한 감수성을 현격하게 증가시켰다. 즉, 프루텔고치벌에 의해 야기된 면역저하가 B. thuringiensis의 살충력을 증가시켰다. 이러한 결과들은 프루텔고치벌과 미생물농약인 B. thuringiensis의 혼합처리가 살충제 저항성 배추좀나방을 효과적으로 방제할 수 있다고 제시하고 있다.

Due to internal feeding behavior, the oriental tobacco budworm, Helicoverpa assulta (Guenée), infesting hot pepper has been regarded to be effectively controlled by targeting egg and neonate larval stages just before entering the fruits. This study aimed to develop an efficient biological control method focusing on these susceptible stages of H. assulta. An egg parasitoid wasp, Trichogramma evanescens Westwood, was confirmed to parasitize the eggs of H. assulta. A mixture of Gram-positive soil bacterium, Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki, and Gram-negative entomopathogenic bacterium, Xenorhabdus nematophila ANU101, could effectively kill neonate larvae of H. assulta. A sex pheromone trap monitored the occurrence of field H. assulta adults. The microbial insecticide mixture was proved to give no detrimental effects on immature development and adult survival of the wasp by both feeding and contact toxicity tests. A combined treatment of egg parasitoid and microbial pesticide was applied to hot pepper fields infested by H. assulta. The mixture treatment of both biological control agents significantly decreased the fruit damage, which was comparable to the chemical insecticide treatment, though either single biological control agent did not show any significant control efficacy. This study also provides morphological and genetic characters of T. evanescens.