麦长管蚜转录组测序、RNAi靶标基因筛选及其和豌豆蚜的比较转录组学分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mqj0712
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蚜虫是危害小麦生产的主要害虫之一,据统计,我国每年小麦蚜虫危害面积可达2.0亿亩,造成减产15-30%,严重时可高达50%。近年来,全球气候变暖、耕作制度变化等因素使麦蚜的繁殖能力和适应性显著增强,其危害日趋严重。目前,麦蚜防治以喷洒农药为主,但大量使用农药,不仅对人畜有害,而且造成了严重环境污染。培育抗虫小麦品种是防治蚜虫危害的最有效途径,但由于小麦现有种质资源中缺乏有效的抗蚜基因,抗性机制不明确,常规小麦抗虫育种难以奏效。因此,利用转基因技术培育抗蚜小麦新种质,对于保障我国粮食安全和环境安全具有重要意义。植物介导的RNAi技术已成为农作物抗虫基因工程研究的热点之一。利用麦蚜关键RNAi靶标基因,在小麦中表达这些基因的dsRNA,通过RNA干扰,有望获得抗蚜小麦新种质。但麦蚜的基因组或转录组数据还未见报道,因而在一定程度上增加了靶标基因筛选的难度。此外,麦蚜的基因组或转录组数据还可为进一步进行比较基因组学研究,了解蚜虫物种进化和宿主特异性等特性,进而为蚜虫防治提供依据。本研究采用Roche GS-FLX454高通量测序系统,获得麦长管蚜1,106,696条ESTs,平均长度为380bp,总计401.7Mb的转录组数据;在此基础上利用Mira3和gsAssembler V2.3软件对数据进行了de novo组装,获得平均长度为866bp的contigs31198条和369bp的singleton1079条。对数据进行注释和分类,其中25,389,21,635和16,211unigenes分别进行了Nt,Nr和Swissprot注释。转录组比较分析结果及直系家族基因Ka/Ks结果分析表现一致性,这一结果表明参与"amino acids and other biomolecular synthesis and metabolism","polysaccharide and saccharide metabolism","insecticide resistance and detoxification’等途径的基因对于两种蚜虫转录组多态性及物种特异性和对宿主植物的适应性方面起着重要作用。根据unigenes注释结果,按抗氧胁迫,能量代谢,生长发育,唾液腺分泌蛋白和高表达基因等标准随机选取66个unigenes进行体外合成dsRNA和蚜虫饲喂实验,筛选出4个抑制蚜虫体内表达导致其死亡的unigenes o该四个基因分别编码cytochrome c oxidase subunit VII c precursor, secreted salivary peptide, salivary protein MYS2和serine protease1。利用qPCR对dsRNA饲喂后蚜虫体内靶基因的表达量进行检测,并且利用Cy3标记的dsRNA进行dsRNA示踪分析。结果表明这4个基因通过消化道被蚜虫细胞吸收,产生RNAi系统效应,抑制体内靶基因的表达,最终导致蚜虫的死亡。该研究工作为利用RNAi技术减少小麦生产过程中蚜虫危害、提高小麦对蚜虫的抗性奠定了基础。
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