(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列番号１に示すアミノ酸配列を有し、殺虫活性を示す結晶性蛋白質。
【請求項２】
請求項１記載の蛋白質をコードする塩基配列を含むＤＮＡ。
【請求項３】
配列番号３に示す塩基配列を含む請求項２に記載のＤＮＡ。
【請求項４】
配列番号１に示すアミノ酸配列を有する蛋白質を生産する、(1-1) バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株、(1-2) その変異株、(1-3) 配列番号１に示すアミノ酸配列を有する蛋白質をコードする塩基配列を含むＤＮＡで形質転換された微生物を含むか、または(2-1) 前記ＳＤＳ５０２株、(2-2) その変異株または(2-3) 形質転換された微生物が生産する殺虫活性を有する蛋白質を含むことを特徴とする有害生物防除剤。
【請求項５】
請求項１記載の蛋白質を有害生物に摂食させることにより、その有害生物により引き起こされる被害から植物を保護する有害生物防除方法。
【請求項６】
請求項５記載の有害生物が鞘翅目害虫であり、その害虫により引き起こされる被害から植物を保護する有害生物防除方法。
【請求項７】
配列番号１に示すアミノ酸配列を有し殺虫活性を示す蛋白質を生産するバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、殺虫活性を有する蛋白質、その蛋白質をコードするＤＮＡ、有害生物防除剤及び防除方法、並びに新規なバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリアＳＤＳ５０２（Bacillus thuringiensis serovar galleriae SDS502、以下ＳＤＳ５０２と略記することがある。）株に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis、以下Ｂｔと略記することがある。）は、他のBacillus属細菌と同様に内生胞子を形成する。この胞子は適当な栄養成分の存在のもとで、発芽し、栄養細胞へと成長する。栄養細胞は、次々に細胞分裂を繰り返し、やがて栄養成分の枯渇や環境の変化などにより、細胞内で内生胞子と結晶蛋白質(Crystal protein)を形成する胞子嚢に変化する。更に細胞は崩壊して内生胞子と結晶蛋白質は菌体外に遊離する。
【０００３】
Ｂｔの産生するこの芽胞及び結晶蛋白質を昆虫が摂食し、消化管の中腸に到達した時、この蛋白質は消化液の強アルカリ条件下で、溶解してプロトキシンとなり、ついで蛋白質分解酵素により活性成分（トキシン）に変化する。この活性成分は中腸上皮細胞の受容体に結合し、その付近の細胞を損傷させる。そして損傷した部分において消化液と体液が混ざり合い、体内の浸透性やｐＨが変化する。その結果、昆虫の食物消化機能が乱れ、口器の麻痺を引き起こし、摂食活動が低下する。さらに、芽胞が栄養条件下で発芽し、栄養細胞が増殖すると共に昆虫の血体腔内に侵入し、敗血症を引き起こす。
【０００４】
昆虫種によって感受性は異なるが、通常Ｂｔを摂食して数時間で摂食活動は停止し、２〜３日後には死亡する。Ｂｔ処理後に生存虫がいても食害が少ないのはこの現象による。多くの合成殺虫剤は、昆虫の神経系に作用するため、激しいけいれんやノックダウン効果、麻痺などの現象が見られるが、Ｂｔの作用機作は上記のように全く異なり、処理後に生存虫がいても徐々に効果が発現されてくる。このＢｔ並びにＢｔの産生する殺虫活性を示す蛋白質（結晶性毒素蛋白質）は、環境を汚染しない微生物農薬（Ｂｔ剤）として、特に鱗翅目害虫に対する殺虫剤として非常に有用であり、実際に世界各国で使用されている。
【０００５】
Ｂｔは、グラム陽性の桿状菌で対数増殖末期の胞子形成期に結晶蛋白質を産生する。この結晶蛋白質は、昆虫が経口的に消化管内に取り入れたとき、消化液中でアルカリ分解、酵素分解を受けてはじめて腸管麻痺並びに全身麻痺を伴う殺虫活性を示す蛋白質となるが、哺乳類に対しては毒性を示さない。
Ｂｔの産生する結晶蛋白質は、芽胞嚢内で、芽胞とならんで形成され、芽胞嚢の時期を経て芽胞とともに菌体外に遊離する（Nature,172,1004,1953）。これらは、一般にダイヤモンド型（diamond-shaped）、重ピラミッド型（bipyramidal）、偏菱型立方体（rhomboidal）等の複雑な結晶体を構成しており、水に不溶性である。胞子形成時に通常１個ずつ産生され菌体の崩壊に伴って胞子とともに培地中に放出される。通常立体的な菱形や斜方晶形構造をしており、長辺2.0μ、短辺0.6μ程度の大きさであるが、亜種の場合は不定形のものなどあり、大きさも形状も様々である。また表面には規則性の縞構造が見られる。培地からの結晶蛋白質の分離及び精製は、二層分画法または密度勾配遠心法などで行なわれる。
【０００６】
結晶蛋白質は、ｐＨ１２以上のＮａＯＨ溶液に可溶であり、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ（ポリアクリルアミドゲル電気泳動）による分析により、バチルスチューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）に属する菌株では１３０〜１３５ｋＤａ前後、６５ｋＤａ前後及び８０ｋＤａ前後の３つの蛋白質が認められる。これらは、Ｃｒｙ１蛋白、Ｃｒｙ２蛋白、Ｃｒｙ５蛋白と総称されている。更にこれらは液体高速クロマトグラフィーなどの分画操作によりほぼ近似する分子量ではあるが部分的に異なる複数の蛋白質に分離できる。すなわち、Ｃｒｙ−１蛋白の場合は、さらにＣｒｙ−１Ａａ、Ｃｒｙ１Ａｂ等の蛋白質に分類される。
【０００７】
Ｂｔは、1911年ドイツ人研究者ベルリナー（Berliner）により、スジコナマダラメイガ幼虫から分離された。この幼虫がチューリンジア地方から来た粉を食害したために、チューリンゲンシス（Thuringensis）と命名された。また、それより古く1901年石渡博士が同一菌種をカイコの病原性細菌として分離しており、古くから全世界規模で自然界で存在していることが分かる。例えば、貯穀害虫が生息する貯穀倉庫、製粉所などに存在し、また穀物を輸送する貨車や船室等からも検出され、世界の至る所に移動していることも分かっている。日本においても各地における分布が調べられ、養蚕農家の塵埃中、植物体上等から多くのバチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）が分離されている。
【０００８】
バシルス（Bacillus）属に含まれる細菌は７０種以上に及ぶが、全世界的に自然界で頻繁に認められるのは、２２種である。チエリィ及びフランソン（Thiery and Frachon）の手法により、これらは基本的に胞子形成能及び胞子の形状、糖からのガスの産生、アセチルメチルカルビノール（ＡＭＣ）の産生、硝酸塩の還元、いくつかの糖の資化性によって区別され、バチルス・チューリンゲンシス（B. thuringiensis）は最終的に殺虫活性を有する結晶蛋白質の有無により近縁種と区別することができる（「Manual of techniques in insect pathology」 L. Lacey ed. Academic press, California, 55-77. (1997)）。
バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）と他の細菌種及びバシルス（Bacillus）属に含まれる他の菌種との区別に用いられる特徴は、グラム陽性桿菌、カタラーゼ（＋）、胞子形成（＋）卵形胞子、栄養細胞の幅 0.9μ以上、アセチルメチルカルビノールの産生（＋）、通性嫌気性、Ｄ−マンニトールの資化（−）、結晶蛋白質の存在（＋）である。
【０００９】
Ｂｔの亜種の同定には、４０年もの間、細菌の鞭毛に対するウサギの血清中の抗体を用いるドゥ  バルジャ及びボンフォア（De Barjac and Bonefoi ）らの血清学的手法による鞭毛抗原（H-antigen）が用いられている（Entomophaga 7,5-31,1962）。これは、バシルス・チューリンゲンシス（B. thuringiensis）の系統分類に対し、広く利用されている手法である。
これら菌株の殺虫活性は亜種によって異なっており、極めて特異性の高いものとなっている。例えば、鱗翅目昆虫に活性を示す亜種としてクルスタキ（kurustaki）、アイザワイ（aizawai）等が、又鞘翅目昆虫に活性を示す亜種としてテネブリオニス（tenebrionis）、ヤポネンシス（japonensis）等が知られている。
【００１０】
しかし、実際には同じ亜種でも菌株ごとに殺虫活性スペクトラムは異なっており、一部の鱗翅目害虫に活性を示すＢｔ株では害虫の抵抗性が生じている。また、鞘翅目昆虫に有効な活性を示す菌株の報告は非常に少ない。
このようにＢｔ剤に抵抗性の生じた鱗翅目害虫に対しても効果のある新規なＢｔ剤が求められている。更に、鞘翅目昆虫に対して活性を有するＢｔ剤に対する需要も高い。この中で、鞘翅目昆虫の幼虫特にコガネムシ幼虫に対して殺虫活性を有する新規Ｂｔ剤はこれまでのところバシルス・チューリンゲンシス・セロバー・ジャポネンシス・ストレイン・ブイブイ（Bacillus thuringiensis Serovar. japonensis strain buibui）株（特開平６−６５２９２、特開平７−１７９）及びバシルス・チューリンゲンシス・バー・ジャポネンシスＮ１４１（Bacillus thuringiensis var. japonensis N141）（特開平８−２２８７８３）株が報告されているに過ぎない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
コガネムシ類幼虫であり、特にシバ、サトイモ、サツマイモ、ラッカセイ等の大害虫であるドウガネブイブイの幼虫やシバ草害虫であるセマダラコガネ、マメコガネなどの害虫に対し、従来の亜種ヤポネンシスに属するブイブイ株あるいはＮ１４１株は十分な効果を示していない。さらに、同様の昆虫種に対して同じ菌種（亜種）に属するＢｔトキシンは、一部において抵抗性が発達すると、交差性を示し、その効果は著しく低下する。一方、これらのＢｔトキシンも効果発現には時間を要し、より強力な殺虫活性を有する新規トキシンの発見が熱望されている。
【００１２】
従って、本発明の課題は、鞘翅目昆虫幼虫に対し高い殺虫活性を示す殺虫性蛋白質を産生する新規なバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）に属する新菌種を提供し、その新規微生物に由来する殺虫活性を有する蛋白質を提供することにある。
さらに本発明の課題は、前記殺虫活性を有する蛋白質、その蛋白質を構成するアミノ酸配列の複数のアミノ酸が付加、欠失または置換された配列を有し同様の殺虫活性を示す蛋白質、それらアミノ酸配列をコードするＤＮＡ、それらのＤＮＡを用いて形質転換され殺虫活性を示す蛋白質を生産する微生物、それらのＤＮＡを用いて形質転換された植物またはその種子、並びに有害生物防除剤及び防除方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鞘翅目昆虫の幼虫に高い効果を示す新規微生物を検出すべく、多くの土壌について分析を重ね、バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）に属し、鞘翅目幼虫に対する高い殺虫性毒素蛋白質を産生する能力を有する新規微生物バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株を見出し、この新規なバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリアＳＤＳ５０２（Bacillus thuringiensis serovar galleriae SDS502）自身及び／またはそれが産生する殺虫性蛋白質（毒素蛋白質）を有効成分として含有する殺虫剤に係る本発明に到達した。
また、本発明の新規微生物が産生する殺虫性蛋白質をコードしているＤＮＡ、そのＤＮＡにコードされたアミノ酸配列を有する蛋白質及びその蛋白質を有効成分として含有する有害生物防除剤が害虫防除手段として有効であることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は以下の(1) 殺虫活性を示す蛋白質、(2) それらの蛋白質をコードするＤＮＡ、(3) 有害生物防除剤及び(4) 植物保護方法、(5) 前記ＤＮＡを用いて形質転換された(5-1) 微生物、(5-2) 植物またはその種子、並びに(6)新規微生物に関する。
１）配列番号１に示すアミノ酸配列を有し、殺虫活性を示す蛋白質。
２）配列番号１に示すアミノ酸配列の複数のアミノ酸が付加、欠失または置換された配列を有し、殺虫活性を示す蛋白質。
３）前記１記載の蛋白質をコードする塩基配列を含むＤＮＡ。
４）配列番号２に示す塩基配列を含む前記３に記載のＤＮＡ。
５）前記２に記載の蛋白質をコードする塩基配列を含むＤＮＡ。
６）配列番号１に示すアミノ酸配列を有する蛋白質を生産する、(1-1) バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株、(1-2) その変異株、(1-3) 配列番号１に示すアミノ酸配列を有する蛋白質をコードする塩基配列を含むＤＮＡで形質転換された微生物を含むか、または(2-1) 前記ＳＤＳ５０２株、(2-2) その変異株または(2-3) 形質転換された微生物が生産する殺虫活性を有する蛋白質を含むことを特徴とする有害生物防除剤。７）前記５に記載のＤＮＡを用いて形質転換され前記２に記載の殺虫活性を示す蛋白質を生産する微生物。
８）前記３または前記５に記載のＤＮＡを用いて形質転換された植物またはその種子。
９）前記１または２記載の蛋白質を有害生物に摂食させることにより、その有害生物により引き起こされる被害から植物を保護する有害生物防除方法。
１０）前記９記載の有害生物が鞘翅目害虫であり、その害虫により引き起こされる被害から植物を保護する有害生物防除方法。
１１）配列番号１に示すアミノ酸配列を有し殺虫活性を示す蛋白質を生産するバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株。
【００１５】
本発明の新規なバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２は、通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所に受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−17979として寄託されている。ＳＤＳ５０２株は、一般細菌の生育可能な培地を用い、通常の発酵手法を用いて培養が可能である。
培地としては、普通ブイヨン培地（肉エキス 0.3％、ペプトン 1.0％、ＮａＣｌ 0.5％、ｐＨ 7.0）、ＭＢＳ培地（ＫＨ2ＰＯ4 0.7％、バクトトリプトース１％酵母エキス 0.2％、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ 0.03％、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ 0.02％、ｐＨ 7.2）、ＭＲＶＰ培地（ポリペプトン 0.5％、グルコース 0.5％、NaCl 0.5％、ｐＨ 7.0）などが挙げられる。
【００１６】
炭素源としては、グルコース、フラクトース、サッカロース、マルトース、糖蜜、可溶性デンプン、コーンスターチなどが利用できる。
窒素源としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、尿素、酵母エキス、ペプトン、大豆粉、カゼインなどが利用できる。
さらに、その他の無機塩類、ビタミンなどとして、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｋ2ＨＰＯ4、ＭｎＳＯ4、ＦｅＳＯ4、ＭｇＳＯ4，ＮａＣｌ，糖蜜、酵母エキス、エビオス（ビタミン剤）などを添加することが好ましい。ｐＨは６〜８が好ましく、培養温度は２５〜３３℃が好ましく、培養時間は２４〜１２０時間が好ましい。培養方法は、通気撹拌培養等の好気的条件によるものが好ましい。
【００１７】
培養後、培養液から殺虫性結晶蛋白質を分離する場合、通常の遠心分離法、濾過法等が利用できる。また、ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株が産生する結晶蛋白質を、栄養細胞及び／または胞子から分離せず、混在した形で使用することもできる。
【００１８】
また、上記ＳＤＳ５０２株を元菌株として自然または誘発突然変異により、上記菌株と同様に殺虫性結晶蛋白質を生産する変異株を得て、本発明による殺虫性結晶蛋白質生産菌として用いることができる。これらの変異株を調整する方法としては、従来知られている慣用の方法、例えば元菌株を紫外線照射あるいはＮ−メチル−Ｎ'−ニトロ−Ｎ−ニトロソグアニジン（ＮＴＧ）等の薬剤による人工突然変異処理を施して、スキムミルク等を含む寒天培地に広げ、生育してくる菌株の中からコロニーのまわりに形成されるクリアゾーンがより大きいコロニーを選抜し、生産性の優れた菌株を選別する方法を用いることができる。
【００１９】
ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２結晶蛋白質を有効成分とした有害生物防除剤を作成する場合、一般農薬と同様に水和剤、粒剤、粉剤、フロアブル剤などの任意な剤型として作成することができる。これらは、それぞれの剤型にふさわしい担体、例えば、ロウ石、タルク、カオリン、炭酸カルシウム、ベントナイト、珪石粉、石灰石粉末、酸性白土、珪藻土類粉末、石膏、軽石粉末、貝殻類粉末、雲母粉末、コロイド性含水珪酸ソーダなどの鉱物質粉末、水、緩衝液などの水溶液と混用して用いられ、好ましくは、アルキルベンゼンスルホネート、アルキルスルホネート等の固着剤、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）アルキルエーテル、ＰＯＥアルキルフェニルエーテル、ＰＯＥジアルキルフェニルエーテル、ＰＯＥアルキルアミン、ジアルキルスルホサクシネート等の湿潤剤、アルキルサルフェート、ＰＯＥアルキルエーテルサルフェート、ＰＯＥアルキルフェニルエーテルサルフェート、ＰＯＥベンジル化（あるいはサルチル化）フェニル（またはフェニルフェニル）エーテルサルフェート、パラフィン（アルカン）スルホネート、アルファオレフィンスルホネート（ＡＯＳ）、アルキルベンゼンスルホネート、モノまたはジアルキルナフタレンスルホネート、ナフタレンスルホネート・ホルマリン縮合物、アルキルジフェニルエーテルジスルホネート、リグニンスルホネート、ＰＯＥアルキルエーテルスルホコハク酸ハーフエステル、ＰＯＥベンジル（あるいはスチリル化）フェニル（またはフェニルフェニル）エーテルフォスフェート等の分散剤、パラオキシ安息香酸誘導体、サリチルアニライド、１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン、テトラフタロニトリル（ＴＰＮ）、２−ニトロブロモ等の防黴剤を添加して用いられる。
【００２０】
また、ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質を単一の有効成分とするのではなく、他の有害生物に有効な除草剤、各種殺虫剤、殺菌剤、植物生長調節剤または効果を助長させる共力剤、誘引剤さらには他の効用を目的とする植物栄養剤、肥料等を混合することも可能である。
ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質を有効成分とした有害生物防除剤の作成に当たりその有効成分含有量は、１０〜９９％、好ましくは４０〜９０％程度が適当であるが、対象有害生物、栽培作物、使用方法、使用時期等に応じて、有効成分含有量は調整される。
【００２１】
また本発明の結晶性蛋白質としては、配列番号１で示されたアミノ酸を有するもの以外に、その一部が欠損したもの（例えば、配列番号１の配列中、生物活性の発現に必要な部分だけからなるポリペプチド等）、その一部が他のアミノ酸と置換したもの（例えば、物性の類似したアミノ酸に置換したもの）、およびその一部に他のアミノ酸が付加または挿入されたものも含まれる。
よく知られているように、ひとつのアミノ酸をコードするコドンは１〜６種類（例えば、Ｍｅｔは１種類、Ｌｅｕは６種類）知られている。従って、ポリペプチドのアミノ酸配列を変えることなくＤＮＡの塩基配列を変えることができる。
【００２２】
本発明の方法で防除し得る害虫としては以下の鞘翅目（Coleoptera）害虫が挙げられる。すなわち、ドウガネブイブイ（Anomala cuprea）、ウスチャコガネ（Anomala diversa）、ヒラタアオコガネ（Anomala octiescostata）、アシナガコガネ（Hoplia communis）、ヒメアシナガコガネ（Ectinohoplia obducta）、セマダラコガネ（Anomala orientalis）、オオサカスジコガネ（Anomala osakana）、スジコガネ（Anomala testaceipes）、チビサクラコガネ（Anomala schonfeldti）、ヒメコガネ（Anomala rufocuprea）、アオドウガネ（Anomala albopilosa）、アカビロウドコガネ（Maladera castanea）、コフキコガネ（Melolontha japonica）、コイチャコガネ（Adoretus tenuimaculatus）、マメコガネ（Popillia japonica）等のコガネムシ類、ニジュウヤホシテントウ（Epilachna vigintioctopunctata）、オオニジュウヤホシテントウ（Epilachna vigintioctomaculata）等のテントウムシ類、イネミズゾウムシ（Lissorhoptrus oryzophilus）、サビヒョウタンゾウムシ（Scepticus griseus）、アリモドキゾウムシ（Cylas formicarius）、シバオサゾウムシ（Sphenophrus venatus vestius）、コクゾウムシ（Sitophilus zeamaise）等のゾウムシ類、キスジノミハムシ（Phyllotreta striolata）、ウリハムシ（Aulacophora femoralis）等のハムシ類、オキナワカンシャクシコメツキ（Melanotus okinawaensis）等のコメツキムシ類、マツノマダラカミキリ（Monochamus alternatus）、ゴマフカミキリ（Mesosa myops）等のカミキリムシ類、ニホンキクイムシ（Scolytus japonicus）、ハンノキキクイムシ（Xylosandrus germanus）等のキクイムシ類、及びチャイロコメノゴミムシダマシ（Tenebrio molitor）、コクヌストモドキ（Tribolium castaneum）等のゴミムシダマシ類である。
【００２３】
ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質を有効成分とした有害生物防除剤を用いる本発明の有害生物防除方法は、鞘翅目害虫が加害する広範囲の植物を保護するために使用することができる。対象となる植物の具体例としては、ハクサイ、カンラン等に代表される野菜類、カリフラワー等の果菜類、サツマイモ、里芋等の根菜類、柑橘、落葉果樹、イネ、小麦、豆類等の穀類、ゴルフ場、庭園等における芝生、茶、サトウキビ等の特用作物、貯穀、貯蔵食品及び花樹である。また、植林地及び公園等の非農耕地の樹木等や森林の樹木及び苗木等にも使用可能である。
一般にＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質を有効成分とした有害生物防除剤を用いて鞘翅目害虫による虫害から植物を保護する方法は、害虫が蔓延した植物または蔓延しそうな植物を、水等の希釈剤で希釈した上記の有害生物防除剤組成物で処理する（例えば散布する）ことにより、または希釈を行わず直接土壌に混和あるいは注入することにより実施される。
【００２４】
ＳＤＳ５０２遺伝子は、ＳＤＳ５０２株から単離することが可能である。１つまたはそれ以上の制限酵素を用いてＳＤＳ５０２株の全ＤＮＡを消化し、産生されたＤＮＡ断片を２〜５ｋｂｐのＤＮＡ画分とする。このような画分を好適なベクターに連結し、これにより大腸菌を形質転換する。次に、ＳＤＳ５０２株が産生する殺虫性結晶蛋白質に対する抗体を用いてエンザイムイムノアッセイ法を行い、目的遺伝子を保持した大腸菌形質転換体を得ることができる。
こうして得られたＳＤＳ５０２由来の結晶蛋白質遺伝子ＤＮＡを、好適な制限酵素で処理し、得られたＤＮＡ断片を好適なクローニングベクターに連結し、遺伝子カセットを作製し、大腸菌や枯草菌などの微生物を形質転換することができる。例えば、大腸菌を形質転換し、ダイデオキシ法等の遺伝子解析法などにより、ＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質をコードする塩基配列を解析することができる。
【００２５】
この遺伝子カセットを用いて殺虫活性を有するグラム陽性細菌、たとえばバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）や他の亜種を形質転換することもできる。それにより、より広範囲の昆虫を防除するのに有効な形質転換されたバチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）を得ることができる。
さらに植物中でＳＤＳ５０２遺伝子を発現させるために、好適制限部位を導入し、各遺伝子または遺伝子部分の側面に位置させ、特定部位の突然変異誘発を行うこともできる。
そしてＳＤＳ５０２株の殺虫性結晶蛋白質の有効部分をコードするＳＤＳ５０２遺伝子部分は、単一な植物細胞の核ゲノム中に安定に挿入され、昆虫耐性あるいは殺昆虫性の能力を持つ形質転換植物を作ることができる。
【００２６】
その結果、得られた形質転換植物を用いて、同一の特徴を有する形質転換された植物を生産することができ、さらには同一または関連の植物種の他の変種に昆虫耐性あるいは殺昆虫性の能力を持つＳＤＳ５０２遺伝子部分を導入できる。形質転換植物から得られる種子は安定したゲノム挿入物であり、殺虫剤として有効な昆虫耐性あるいは殺昆虫性を発揮し得るＳＤＳ５０２遺伝子部分を含有する。
【００２７】
ＳＤＳ５０２株はさらに、１つまたはそれ以上の殺虫活性を持った外来Ｂｔ遺伝子で形質転換することができる。例えば、ＳＤＳ５０２株及び／またはＳＤＳ５０２株産生結晶蛋白質が活性を示さない他の有害生物として、特に鱗翅目幼虫が挙げられるが、これに対して有効な活性を示す他の微生物由来の結晶蛋白質をコードした遺伝子とのキメラ遺伝子を作成し、より殺虫スペクトラムの広い微生物へ形質転換させることもできる。これにより、より広範囲の害虫を駆除することができる形質転換ＳＤＳ５０２株が産生される。
またＳＤＳ５０２株結晶蛋白質を用いて、モルモットに対し免疫し、この結晶蛋白質に特異的な抗体を調製することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は下記の例に何等限定されるものではない。
【００２９】
実施例１：バシルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株の単離
つくば市内で採取した土壌から以下の手法を用いてバシルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株を単離した。
試料土壌１０ｍｇを三角フラスコに入れ１０ｍＬの滅菌水を注入し３０分間振盪した後、暫時静置した。その上澄み液２ｍＬをとり、直ちに８０℃で１０分間加熱した。加熱液を１０倍及び１００倍に２段階希釈し、各々１ｍＬの希釈液をＮＢ平板培地（肉エキス０．３％，ペプトン１．０％，ＮａＣｌ０．５％，寒天２％、ｐＨ7.0／蒸留水）上で、２４〜４８時間３０℃で培養した。
得られたコロニーのうち、白色で、コロニーの縁がラフで、素早く成長しているものを選択することでバシルス・チューリンゲンシス（B. thuringiensis）が高い確率で得られた。
【００３０】
実施例２：バシルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株の細菌学的性質
方法：Cowan.S.T.著（坂崎利一訳、近代出版）「医学細菌同定の手引き」に記載の分類学、細菌学的手法にしたがって調査を行った。
【００３１】
グラム染色性：グラム陽性桿菌、
コロニーの形態：不規則縁を有する不透明ベージュ色のコロニーを形成、
胞子形成能およびその形状：（＋）卵形胞子、
カタラーゼ：（＋）、
栄養細胞の幅：0.9 μ以上、
ＡＭＣの産生：（＋）、
呼吸：通性嫌気性、
Ｄ−マンニトールの資化：（−）、
結晶蛋白質の存在：（＋）、
鞭毛の血清型：Ｈ抗血清型（５ａ５ｂ）
細胞内含有物：胞子形成細胞は不定型結晶蛋白質を作る（図１参照）、
アルカリ可溶性蛋白：（＋）１３０ｋＤａ付近に泳動される蛋白質（図２参照）
活性：  本菌株は供試した鞘翅目害虫に対し致死活性を有する。
以上の事実から、本菌株を新規菌株と判断し、これをバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２と命名し、通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所に受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−17979として寄託した。
【００３２】
実施例３：バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２の亜種の決定鞭毛抗原に由来する抗体を用いたセロタイピングバチルス属菌の持つ鞭毛の蛋白に対する抗体を用いて、未知の菌の鞭毛タンパク質を抗原として抗原抗体反応行った。
鞭毛Ｈ血清の調整は、菌体抗原は１００℃で加熱して鞭毛を剥離し調整した。
既に知られているバチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）４０種類（亜種）のＨ抗原基準株を用い、クライギー（Ｃraigie）管（０．５％半流動寒天培地）を用いて運動性の良好な細菌を選択し、それを用いてホルマリン死菌を作製し、これを家兎に免疫した。Ｈ血清はそれぞれの抗血清から相応するバチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）菌体抗原に対する抗体を吸収して調整した。Ｈ抗原の血清型とＨ血清の凝集素価は、大庭，鮎沢の方法（I. Invertebr.Pathol.,32,303-309,1978）によって同定、定量した。
【００３３】
バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株に対するＨ血清は、セロバー・ガレリア（serovar galleriae）のみを特異的に凝集した。セロバー・ガレリア（serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株Ｈ血清の相応するホモの抗原に対する凝集素価は、12,800倍であり、セロバー・ガレリア（serovar galleriae）ＨＤ８株（基準株）に対する凝集素価は６，４００倍であった。従って、ＳＤＳ５０２株とセロバー・ガレリアは同一の菌種と判断される。
【００３４】
実施例４：ＳＤＳ５０２株結晶蛋白質の精製と特性
ＳＤＳ５０２株を一白金耳とり、５ｍｌの普通ブイヨン培地（肉エキス０．３％，ペプトン１．０％，ＮａＣｌ０．５％、ｐＨ7.0 ／蒸留水）を含んだ試験管に植菌し、３０℃で２４時間往復振盪培養を行い種培養液を得た。種培養液を終濃度１％となるように１００ｍＬの上記培地を含んだ５００ｍＬ容三角フラスコに植菌し、３０℃で９６時間、２５０ｒｐｍで回転振盪培養を行った。次いで、細胞、胞子及び結晶蛋白質を遠心分離によって回収した。得られた沈殿に適当量の緩衝液（Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ，ＮａＣｌ，ＥＤＴＡ）を加え超音波破砕を行い、懸濁液を得た。得られた懸濁液を８％ＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動にかけ泳動パターンを調べた。また、抗体を用いてウエスタンブロッティングもおこなった。その結果、ＳＤＳ５０２株の産生する分子量約１３０ｋＤａの結晶蛋白質が存在することが分かった。
【００３５】
実施例５：ＳＤＳ５０２株のドウガネブイブイ（Anomala cuprea）、マメコガネ(Popillia japonica) 、セマダラコガネ(Anomala orientalis)、コナガ（Plutella xylostella）、カイコガ（Bombyx mori）に対する殺虫活性実施例４で調製した懸濁液を結晶蛋白質濃度が１０μｇ／ｍｌとなるように希釈し、展着剤を添加して試料溶液とした。この試料溶液を予め滅菌処理しておいた腐葉土に混和し、ドウガネブイブイ（Anomala cuprea）１令、２令、３令幼虫、マメコガネ(Popillia japonica)１、２令幼虫、セマダラコガ(Anomala orientalis)１、２令幼虫をそれぞれ放虫した。
また、この試料溶液中にキャベツの葉を浸し、その後これを十分に風乾し、湿った濾紙を入れたスチロールカップに入れた。この中に、３齢中期のコナガ（Plutella xylostella）幼虫を放虫し、７日後（カイコは５日後、コナガは２日後）の幼虫の死虫率を下記の計算式から求めた。なお、試-験は５連１区５頭制で行った。
【数１】
死虫率（％）＝（死虫数／放虫数）×１００
また、この試料溶液を人工飼料５ｇ中に混入し、シャーレに入れた。この中に、３齢２日目のカイコガ（Bombyx mori）幼虫を放虫し、７日後（カイコは５日後、コナガは２日後）の幼虫の死虫率を上記の計算式から求めた。なお、試験は５連１区５頭制で行った。対象としてバチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＨＤ８株（基準株）の生産する殺虫性蛋白の試料溶液を同様に作成して比較を行った。
【００３６】
その結果、バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２の生産する結晶蛋白の殺虫スペクトル（表１）に示したように、ＳＤＳ５０２株の生産する殺虫性蛋白質は、鞘翅目昆虫のドウガネブイブイ（Anomala cuprea Hope）、セマダラコガネ（Anomala orientalis）、マメコガネ(Popillia japonica) に対して１０μｇ／ｍｌの濃度で殺虫効果を示したが、バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリアＨＤ８株（基準株）の生産する殺虫性蛋白は殺虫活性を示さなかった。一方、ＨＤ８株（基準株）は、鱗翅目昆虫のカイコ(Bombyx mori)、コナガ（Plutella xylostella）及びハスモンヨトウ（Spodoptera litura）幼虫に高い活性を示すが、ＳＤＳ５０２株はコナガ以外の鱗翅目昆虫に対しては活性を示さなかった。これらの結果より、ガレリア基準株がｃｒｙ１Ａｂ遺伝子をもち、鱗翅目に殺虫効果があるのに対し、ＳＤＳ５０２株は鱗翅目に殺虫効果がほとんど無いことから、これらの結晶蛋白質が異なる組成を持っていることが示唆され、両株は全く同一の菌株とは言えないことが明らかとなった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
実施例６：バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株の殺虫活性蛋白質に関与する遺伝子
バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株の産生する約１３０ｋＤａの結晶蛋白質をモルモットに免疫して得られた抗体を用い、ＳＤＳ５０２株結晶蛋白質をコードする遺伝子（以下ＳＤＳ５０２遺伝子と略記）をクローニングした。得られた遺伝子は、3690塩基を有し、１８７番目のＡＴＧコドンから、3688番目のＴＡＡコドンまでの翻訳領域を含む。更に、公知の鞘翅目昆虫に活性を示すヤポネンシスブイブイ（japonensis buibui）遺伝子（特開平6-65292号）及びヤポネンシスＮ１４１（japonensis N141）遺伝子（特開平8-228783号）との比較の結果、両遺伝子は、アミノ酸配列でそれぞれ７１％、４２％の相同性しか有していなかった。
【００３９】
実施例７：ＳＤＳ５０２遺伝子の単離とそのクローニング
ＳＤＳ５０２株から得られた全ＤＮＡを調製し、制限酵素ＥｃｏＲＩで部分的に切断した。切断したＤＮＡより約２〜５ｋｂｐのＤＮＡ断片を分画し、ＥｃｏＲＩで切断したファージベクター（λgt11）に連結し、これにより大腸菌を形質転換した。次に、組み換え大腸菌クローンを、ＳＤＳ５０２株結晶蛋白質と考えられる約１３０ｋＤａの蛋白質をモルモットに免役して得られた抗体を用いて抗体スクリーニングすることにより、ＳＤＳ５０２遺伝子を含有するクローンを確認した。この組み換え大腸菌クローンからＤＮＡを調製し、制限酵素ＥｃｏＲＩで切断した。切断ＤＮＡ断片を０．８％アガロースゲルで電気泳動することにより約３．４ｋｂｐの挿入ＤＮＡ断片を確認した。
得られたＤＮＡ断片を分画し、ＥｃｏＲＩ切断したプラスミドベクターであるBluescript II SK（−）に連結し、遺伝子カセット（ｐＳＤＳ５０２）を作成した（図３）。ｐＳＤＳ５０２は、完全長ではなかったため、再度クローニングを行った後、ダイデオキシ法により完全長のＳＤＳ５０２遺伝子を含有するＤＮＡ断片のＤＮＡ塩基配列を決定した。
【００４０】
実施例８：大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ：ＤＨ５α）でのＳＤＳ５０２結晶蛋白質の発現と発現蛋白の特性
ＳＤＳ５０２遺伝子を用い結晶蛋白質を生産させるために、上記実施例で作製した遺伝子カセット（ｐＳＤＳ５０２）を用い大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ：ＤＨ５α）を形質転換し、組み換え大腸菌（以下、Ｅ．ｃｏｌｉ：ＤＨ５α（ｐＳＤＳ５０２）と記載する。）を得た。該組み換え大腸菌を、ＬＢ−ａｍｐ液体培地（Trypton１０ｇ、ＮａＣｌ１０ｇ、酵母エキス（Yeast extract）５ｇ、グルコース（Glucose）0.2％、アンピシリン（Ampicillin）５０ｍｇ／滅菌水１Ｌ）を用いて３７℃で約３時間培養した後、終濃度１ｍＭとなるようにイソプロピル１−チオ−b−Ｄ−ガラクトシド（ＩＰＴＧ）を添加し、さらに３７℃で２０時間培養した。培養終了後、培養液を遠心分離し、沈殿に（Lysisbuffer）を４倍量（Ｗ／Ｖ）添加し、室温で１０分間懸濁し、次いでリゾチーム（Lysozyme）を終濃度１ｍｇ／ｍＬになるよう添加し、混和後１０分間氷上で静置した。さらに、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を終濃度１％になるように添加し、混和後、室温で１０分間静置した。次いで遠心分離し、上清部分を回収した。得られた上清を８％ＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動にかけ泳動パターンを調べた。また抗体を用いてウエスタンブロッティングもおこなった。その結果、Ｅ．ｃｏｌｉ：ＤＨ５α（ｐＳＤＳ５０２）がｃｒｙＳＤＳ５０２結晶蛋白質を産生していることが確認された。
【００４１】
実施例９：Ｅ．ｃｏｌｉ：ＤＨ５α（ｐＳＤＳ５０２）由来の結晶蛋白質のドウガネブイブイ（Anomala cuprea）ならびに、マメコガネ（Popilliae japonica）１令幼虫に対する殺虫活性
得られた上清溶液を結晶蛋白質濃度が１０μｇ／ｍｌとなるようにの希釈し、展着剤を添加して試料溶液とした。この試料溶液を予め滅菌処理しておいた腐葉土に混和し、ドウガネブイブイ（Anomala cuprea）およびマメコガネ（Popilliae japonica）１令を放虫した。その結果、ドウガネブイブイ（Anomala cuprea）およびマメコガネ（Popilliae japonica）に対する殺虫活性が確認された。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、鞘翅目幼虫に対する高い殺虫性毒素蛋白質を産生する能力を有する新規微生物バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２株を見出し、その殺虫性結晶蛋白質をコードする遺伝子及び殺虫性結晶蛋白質を見出した。また該蛋白質を有効成分として含有することを特徴とする有害生物防除剤を製剤化することで、従来のＢｔ剤に抵抗性の生じた有害生物に対して活性を有する有害生物防除剤を供給できた。特に本発明の有害生物防除剤は、シバ、サトイモ、サツマイモ、ラッカセイ等の大害虫であるドウガネブイブイの幼虫やシバ草害虫であるセマダラコガネ、マメコガネなどの害虫に対し、従来の化学合成殺虫剤や亜種ヤポネンシスに属するブイブイ株等に比べ、効果、価格面でより有効なものとなる。
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図１】  バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリアＳＤＳ５０２株電子顕微鏡写真である。
【図２】  本発明の殺虫活性を有する結晶蛋白質のＳＤＳ−ＰＡＧＥ結果を示す図である。１はマーカーであり、上から200、116.25、97.4、66.2、45.0ｋＤａを示す。２は大腸菌で発現させたｃｒｙＳＤＳ５０２遺伝子産物の結果であり、３はＳＤＳ５０２結晶蛋白質の結果である。
【図３】  バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・ガレリア（Bacillus thuringiensis serovar galleriae）ＳＤＳ５０２遺伝子とベクターの連結図（遺伝子カセット）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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