Bacillus thuringiensis subsp. aizawai KB098 (이하 KB098 균주)은 파밤나방에 높은 살충 활성을 보인다. 해충에 살충 활성을 나타내는 내독소 단백질은 cry gene에 의해 발현이 되는데 cry gene은 주로 Bacillus thuringiensis의 plasmid DNA 상에 존재한다. KB098의 plasmid DNA를 추출하여 PCR을 수행한 결과, Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1C, Cry1D 총 4개의 cry gene을 가지고 있는 것으로 확인되었다. KBM-1은 KB098균주를 curing한 mutant 균주로, KB098균주를 42℃조건에서 48시간 배양하고, UV를 조사하여 확보하였다. KBM-1의 plasmid DNA를 PCR한 결과 KB098에서처럼 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1C, Cry1D의 cry gene이 증폭됨을 알 수 있었다. KBM-1은 KB098처럼 crystal을 암호화하는 plasmid DNA를 가지며, cry gene을 보유하고 있다. 반면 KB098과는 달리 KBM-1 균주는 내독소 단백질을 생성하지 못하며 파밤나방의 생물 활성 검정에서 독성을 나타내지 않았다. 이러한 원인을 밝히고자 KBM-1 plasmid DNA의 특정 cry gene의 PCR 결과, 증폭된 cry 유전자 내에서 염기서열의 변화에 기인할 것이란 가정하에, KB098과 KBM-1 균주의 특정 plasmid DNA 상에서 증폭된 cry gene의 염기서열을 비교분석 할 것이다. 이를 통해 crystal 형성에 관여하는 유전자의 변이 유무를 확인할 계획이다.

Bacillus thuringiensis(B.t.)에서 cry gene은 plasmid DNA상에 존재하고 대상 곤충에 살충활성을 나타내는 내독소단백질 형성에 관여하는 주요 유전자이다.파밤나방(spodoptera exigua)에 높은 살충활성을 보이는 B.t. subsp. aizawai KB098 균주의 cry gene이 위치하는 plasmid DNA를 찾기 위해 curing 방법을 사용하였다. KB098균주는 cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D 4개의 cry gene을 가지고 있으며, Plasmid DNA는 7개가 확인되었다. Cry gene을 암호화하는 plasmid DNA를 찾기 위한 curing 방법은 LB배지에 KB098균주를 희석 후, 27℃ 진탕배양기에서 24시간 배양한 뒤 NA배지에 spreading 한 후, 42℃조건으로 48시간 배양하여 단일 colony를 얻었다. 위상차현미경으로 관찰했을 때 내독소단백질을 형성하지 않는 colony를 NA배지에 streaking하여 27℃ 조건으로 4일간 배양하였다. 위상차현미경관찰을 통해 내독소단백질을 형성하지 않는 colony를 선발하였다. Curing과정이 제대로 수행되었는지 확인하기 위해 SDS-PAGE를 통하여 분자량 130kDa의 내독소단백질 band가 형성되지 않음을 확인하였으며, PCR증폭을 통해 acrystalliferous균주가 KB098 균주가 가지고 있는 4개의 cry gene을 가지고 있지 않음을 확인하였다. cry gene을 암호화 하는 plasmid DNA를 찾기 위해 KB098균주와 5개의 acrystalliferous균주와의 plasmid DNA pattern을 비교하였다. acrystalliferous균주에서 결실된 plasmid DNA만을 gel elution 한 후에 PCR을 통해 cry gene의 존재를 확인하였다.

cry gene은 Bacillus thuringienesis(B.t.)에서 대상 곤충에 살충활성을 나타내는 내독소단백질을 형성하는 주요 유전자로 특정 plasmid DNA상에 암호화되어 있 다. B.t. subsp. aizawai KB098 균주는 파밤나방(spodoptera exigua)에 높은 살충 활성을 보이는 균주로 본 연구에서는 이 균주의 cry gene이 위치하는 plasmid DNA를 찾고자 하였다. 본 실험에 이용된 KB098균주는 cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D 4개의 cry gene을 가지고 있으며, Plasmid DNA는 7개가 확인되었다. Cry gene을 암호화하는 plasmid DNA를 찾기 위해 acrystalliferous균주가 필요하였으 며, 42℃조건으로 48시간 열처리 후 새로운 배지에 27℃ 조건으로 3일간 재배양 하여 sporulation단계에서 위상차현미경관찰을 통해 내독소단백질을 형성하지 않 는 colony를 autolysis 단계까지 배양한 후에 위상차현미경으로 재확인하여 확보 할 수 있었다. 획득한 14개의 acrystalliferous를 균주 중, 서로 다른 pattern의 plasmid DNA를 갖는 5개의 균주를 선발하였고, acrystalliferous재확인을 하기 위 해 SDS-PAGE를 통하여 내독소단백질의 분자량인 130kDa의 band가 형성되지 않음을 확인하였으며, PCR증폭을 통해 acrystalliferous균주가 KB098 균주가 가 지고 있는 4개의 cry gene을 가지고 있지 않음을 확인하였다. cry gene을 암호화 하는 plasmid DNA를 찾기 위해 KB098균주와 선발한 5개의 균주와의 plasmid DNA pattern을 비교한 결과, 두 개의 plasmid DNA band에서의 차이가 확인되 었다.

Bacillus thuringiensis 1-3 (Bt 1-3) which was isolated from a Korean soil sample showed high insecticidal activity against Aedes aegypti as well as Plutella xylostella. The isolate was determined to belong to ssp. aizawai (H7) type by an H antiserum agglutination test and produced bipyramidal-shaped crystal proteins with a molecular weight of 130 kDa. PCR analysis with cry gene specific primers showed that Bt 1-3 contained cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D and cry2A gene, differing from spp. aizawai (reference strain) which contains cry1Aa, cry1Ab, cry1C and cry1D. We modified the plasmid capture system (PCS) to clone plasmid from Bt 1-3 through in vitro transposition. Fifty-three clones were acquired and their sizes were approximately 10 kb. Based on the sequence analysis, they were classified according to similarities with four known Bt plasmids, pGI3, pBMB175, pGI1 and pGI2, respectively. One of pGI3-like clones, named as pBt1-3, was fully sequenced and its 20 putative open reading frames (ORFs), Rep-protein, double-strand origin of replication (dso), single-strand origin of replication (sso), have been identified. The structure of pBt1-3 showed high similarity with pGI3 which is one of rolling-circle replication (RCR) group VI family.

Bacillus thuringiensis subsp. aizawai CAB109 isolated in Korea is known active against Spodoptera sp.. Especially, B. thuringiensis aizawai CAB109 isolates showed 100% mortality against Spodoptera litura and Spodoptera exigua. To screen highly active B. thuringiensis, the pathogenicity of B. thuringiensis CAB109 was compared with that of commercialized B. thuringiensis products. LC₅₀ values of CAB109, product TB-WP and product SC strains of B. thuringiensis were 1.3x10⁵, 2.3x10⁶ and 5.2x10⁵ cfu/㎖ against the 2nd larva of S. litura and 1.8×10⁴, 1.3×10⁶ and 1.5×10⁶ cfu/㎖ against the 2nd larva S. exigua, respectively. To determine new gene"s existence and absence, the plasmid DNA was extracted, and compared to that of B.t. aizawai HD-133. Both B. thuringiensis were not like plasmid DNA pattern. PCR technique was used to predict both plasmid DNA"s cry gene. PCR products analysis showed that B.t. CAB109 harbor Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1C and Cry1D and B.t. HD-133 has Cry1Aa and Cry1Ab, respectively.

국내에서 분리된 Bacillus thuringiensis subsp. aizawai CAB109균주는 나비목 해충에 활성을 보이는 것을 확인 하였다. 특히 우리나라에서 난방제 해충으로 알려진 담배거세미나방과 파밤나방에 동시에 독성을 보이는 것으로 나타났다. B.t. CAB109 균주의 활성정도를 비교하기 위해 혈청형이 aizawai이면서 생물농약으로 시판중인 T제품과 S제품을 조사한 결과, B.t. CAB109, T제품, S제품은 담배거세미나방 2령충에 대한 반수치사농도(LD50)가 각각 1.3x105cfu/ml, 2.3x106cfu/ml, 5.2x105cfu/ml으로 나타났고 파밤나방 2령충에 대한 반수치사농도는 1.8x104cfu/ml, 1.3x106cfu/ml, 1.5x106cfu/ml으로 나타나 두 종 해충 모두에서 B.t. CAB109 균주가 독성이 더 높은 것을 볼 수 있었다. B.t. CAB109가 이미 알려져 있는 aizawai와 비교해 새로운 유전자를 소유하는지 확인하기 위해 Plasmid DNA를 추출하여 전기영동 한 결과 B.t. subsp. aizawai HD-133과 다른 패턴을 보이는 것을 확인 할 수 있었고 Cry1~Cry5의 primer를 사용하여 PCR을 진행한 결과 B.t. subsp. aizawai CAB109균주는 Cry1Aa, 1Ab, 1C, 1D를 B.t. subsp. aizawai HD-133은 Cry1Aa, 1Ab를 가지고 있음을 확인 할 수 있었다. Plasmid DNA의 여러 밴드에서 어떤 부분이 해충에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 B.t.가 생장하기 어려운 조건을 만들어 배양한 결과 이전과 다른 B.t. 내독소단백질을 가지고 있지 않은 strain을 만들 수 있었다. 이두 CAB109 strain의 플라스미드 DNA를 확인한 결과 밴드의 차이를 확인할 수 있었다. 그리고 Cry- strain은 모 stain이 가지고 있는 Cry gene을 가지고 있지 않음을 확인 할 수 있었고 생물 활성결과 독성을 보이지 않음을 확인하였다. 이후 다른 B.t. CAB109가 다른 Cry gene을 가지고 있는지에 대한 PCR을 더 진행할 예정이며 새로운 Cry gene여부에 대한 연구도 더 진행해나갈 계획이다.

분리된 Bacillus thuringiensis subsp. aizawai CAB109균주는 나비목 해충에 활 성을 보이는 것을 확인 하였는데 특히 우리나라에서 난방제 해충으로 알려진 담배거세미나방과 파밤나방에 동시에 독성을 보이는 것으로 나타났다. B.t. CAB109 균주의 활성정도를 비교하기 위해 혈청형이 aizawai이면서 생물농약 으로 시판중인 T제품과 S제품을 조사한 결과, B.t. CAB109, T제품, S제품은 담배거세미나방2령충에 대한 반수치사농도가 각각 1.3×105cfu/ml, 2.3×106cfu/ml, 5.2×105cfu/ml으로 나타났고 파밤나방2령충에 대한 반수치사농도는 1.8×104cfu/ml, 1.3×106cfu/ml, 1.5×106cfu/ml으로 나타나 두 종 해충 모두에서 B.t. CAB109 균 주가 독성이 더 높은 것을 볼 수 있었다. B.t. CAB109가 이미 알려져 있는 aizawai와 비교해 새로운 유전자를 소유하 는지 확인하기 위해 Plasmid DNA를 추출하여 전기영동 한 결과 B.t. subsp. aizawai HD-133과 다른 패턴을 보이는 것을 확인 할 수 있었고 Cry1-Cry5의 primer를 사용하여 PCR을 진행한 결과 B.t. subsp. aizawai CAB109균주는 Cry1Aa, 1Ab, 1C, 1D를 B.t. subsp. aizawai HD-133은 Cry1Aa, 1Ab를 가지고 있음을 확 인 할 수 있었다. 이후 다른 B.t. CAB109가 다른 Cry gene을 가지고 있는지에 대한 PCR을 더 진행할 예정이며 새로운 Cry gene여부에 대한 연구도 더 진행해나갈 계획이다