舞毒蛾G蛋白偶联受体功能鉴定及对杀虫剂胁迫响应机制

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:CayleeDak_83
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舞毒蛾(Lymantria dispar Linnaeus)是世界性的害虫之一,分布广,食性杂,主要危害叶片造成巨大的经济损失。目前,舞毒蛾防治主要依赖于化学杀虫剂,高频率的使用化学杀虫剂易使舞毒蛾产生抗药性。因此,寻找新的分子作用靶标来创制新型杀虫剂迫在眉睫。参与昆虫机体的生长发育、生殖、营养、运动等重要功能的基因产物往往是理想的作用靶标。昆虫G蛋白偶联受体(G protein coupled receptor,GPCR)参与重要的生理功能和内源、外源化合物的响应而受到广泛的关注,探讨GPCR超级家族重要基因功能对于明确昆虫生理和筛选新的杀虫剂作用靶标具有非常重要的意义。  为了深入研究昆虫GPCRs成为杀虫剂新作用靶标的可能性,本研究以林果重要害虫舞毒蛾(L.dispar)为对象,首先利用高通量测序技术,构建了新型鱼丁尼受体抑制剂溴氰虫酰胺亚致死剂量处理和对照组转录组,比较分析了差异表达基因,在此基础上筛选出舞毒蛾GPCRs家族基因,并重点分析GPCR基因功能(OA1、Mth1、Mth2)及对杀虫剂胁迫响应机制。主要研究结果如下:  1、分别构建溴氰虫酰胺(LC20=0.187mg/L)和对照(丙酮)处理舞毒蛾2龄幼虫转录组文库,获得26.31 Gb数据,其中Q30碱基百分比在87.30%以上,共获得40830条Unigene,长度大于1kb为9529条;其分别注释到Nr、SwissProt、KEGG、COG和GO蛋白库的Unigene个数为18199条、10532条、4826条、4861条和10133条;共获得18260条unigene功能基因。  2、基于舞毒蛾转录组数据库,搜索、鉴定出27条舞毒蛾GPCRs基因。采用RT-qPCR法分析其中18个GPCRs基因对溴氰菊酯、氧化乐果、甲萘威和溴氰虫酰胺胁迫响应,结果表明:在溴氰菊酯胁迫下,Unigene21812、Unigene32849、Unigene40527、Unigene42365、Unigene47827、Unigene48286、Unigene15819主要以上调表达为主,其余表现为下调表达;甲萘威胁迫下,Unigene39352、CL3275.Contig1、Unigene40527、Unigene42365、Unigene47827、Unigene48286、Unigene15819主要表现为上调表达;氧化乐果胁迫下8个GPCRs基因(Unigene44172、Unigene46527、Unigene46885、CL8307.Contig1、Unigene5315、Unigene9775、Unigene11368、Unigene15505)下调表达,10个基因(Unigene21812、Unigene32849、Unigene39352、CL3275.Contig1、Unigene40527、Unigene42365、Unigene47827、Unigene48286、Unigene4933、Unigene15819)上调表达;而在溴氰虫酰胺胁迫下,14个GPCRs基因主要表现为上调表达,这些结果表明GPCRs可能参与了杀虫剂的胁迫应答。本文克隆获得了3个GPCRs基因(Unigene44172、Unigene46527和Unigene46885)全长序列,蛋白保守区预测分属于GPCR家族中眼白化病Ⅰ型蛋白基因(LdOA1)、长寿蛋白家族基因(LdMth1、LdMth2)。开放阅读框(ORF)长度为453~1563bp,编码150~520个氨基酸,蛋白分子量为17.54~59.18kDa,pI为9.76~10.07,均为碱性蛋白。  3、采用RT-qPCR法分析LdOA1、LdMth1和LdMth2基因发育表达特异性,结果显示:舞毒蛾各个发育阶段3个GPCRs基因均有表达,且在卵期呈现高表达。LdOA1和LdMth1基因分别在雄性和雌性成虫转录水平达到最大,这表明LdOA1、LdMth1和LdMth2基因表达具有发育特异性。  4、RNAi技术将LdOA1、LdMth1、LdMth2基因特异的dsRNA微注射入舞毒蛾幼虫体内获得基因沉默舞毒蛾,测定不同时间点的mRNA的转录水平及其营养利用指标。结果显示:LdOA1和LdMth2基因均在120 h时,沉默效果最佳,沉默效率分别为95.18%和82.00%,显著高于对照组GFP的沉默效果;LdMth1基因除24 h和48 h外,其余各时间点沉默效果明显,96 h的沉默效率高达97.96%。与微量注射LdOA1、LdMth1基因处理组与对照组ddH2O和GFP相比,正常饲喂8d后,在取食、体型及食物利用率上差异不显著;相对取食量分别低于对照组(dsRNAGFP)7.19%和1.83%,引起舞毒蛾幼虫的正常发育,但未出现显著的幼虫死亡现象。生物测定基因沉默舞毒蛾对杀虫剂敏感性结果表明,目的基因被沉默后导致其对杀虫剂的敏感性显著提高。在溴氰菊酯敏感性研究中发现120 h内dsRNALdOA1、ds RNA LdMth1和dsRNALdMth2处理组的死亡率与对照(dsRNAGFP)组相比,舞毒蛾幼虫的死亡率分别提高了20.42%、39.20%、48.30%; LdOA1、LdMth1和LdMth2的转录水平抑制率分别为98.53%、99.85%、99.85%;而与dsRNAGFP对照组相比,dsRNALdOA1、dsRNALdMth1、dsRNALdMth2处理组幼虫对溴氰虫酰胺敏感性依次提高了15.96%、56.67%、8.49%。  5、成功将LdOA1、LdMth1、LdMth2基因微注射入果蝇2#和3#染色体,分别获得6个转基因果蝇品系(命名为:attp2#-LdOA1、attp3#-LdO A1、attp2#-LdMth1和attp3#-LdMth1、attp2#-LdMth1和attp3#-LdMth2)。与背景果蝇相比,转基因果蝇品系的平均寿命延长为51.03%~69.89%。转基因果蝇对杀虫剂敏感性测定显示:attp2#-LdOA1、attp3#-LdOA1、attp2#-LdMth1和attp2#-LdMth2的果蝇品系对溴氰菊酯敏感,而attp3#-LdMth1、attp3#-LdMth2果蝇品系对溴氰菊酯的耐药性有所提高,抗性比分别为1.65和1.50倍;为了研究表达舞毒蛾GPCR基因果蝇下游基因对杀虫剂的响应,本文采用RT-qPCR技术测定了低浓度溴氰菊酯胁迫下转基因果蝇体内HSP、GST、CYP基因表达水平,结果显示:Mth基因调控GST家族响应溴氰菊酯的胁迫,转录水平依次为非转基因果蝇品系的1.09~17912.35倍(attp2#-LdMth1)、1.10~2155.29倍(attp3#-LdMth1)、1.30~647.17倍(attp2#-LdMth2)、1.25~1646.67倍(attp3#-LdMth2),而CYP6a8、CYP6a9、CYP4e2、hsp23、hsp26、hsc70-5(attp2#-LdMth1和attp2#-LdMth2)为上调表达,CYP6w1、hsp22、hsp26、hsc70-3主要表现为上调表达(attp3#-LdMth1和attp3#-LdMth2);3#染色体表达LdOA1基因果蝇品系CYP、HSP、GST家族基因主要以诱导表达为主,其表达量显著高于非转基因果蝇品系,而2#染色体表达LdOA1基因果蝇品系对CYP和HSP家族基因主要以下调表达为主,GST家族基因的表达量显著高于非转基因果蝇品系。
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