甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)几丁质合成酶A基因的克隆、时空表达及功能的初步研究

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几丁质是自然界中储存量仅次于纤维素的第二大天然多糖,广泛存在于真菌、昆虫和甲壳类动物之中。几丁质是昆虫表皮(外骨骼)的主要成分,也是许多昆虫肠道表皮的重要成分,而几丁质合成酶(CHS)是几丁质生物合成过程中非常重要的酶。但是在相当长一段时间,关于CHS的研究工作主要集中在真菌领域,直到2000年,才有第一个昆虫的CHS被克隆出来。迄今为止,昆虫几丁质合成酶的研究仍不多见,但是随着研究的深入,人们更加确认CHS对于昆虫生长发育的重要性是不容忽视的。 本文在已经克隆得到甜菜夜蛾几丁质合成酶(SeCHS)cDNA的基础上,进一步得到了其基因组DNA全长,约1.5kb,包含21个外显子和20个内含子。通过分析发现其存在交替外显子结构,证明此cDNA序列为A类的几丁质合成酶基因(SeCHSA)。Northern blot分析表明,SeCttSA在甜菜夜蛾幼虫的表皮组织、气管有大量表达,说明SeCHSA对于表皮和气管几丁质的合成发挥了重要作用。但是在脂肪体,马氏管中则检测不到其表达。分析还表明尽管SeCHSA基因在甜菜夜蛾生长发育的过程中都有表达,但是在各龄开始和结束时以及蛹期表达量要明显高于其他时期,而此时正是甜菜夜蛾新表皮形成的重要时期,SeCHSA对表皮形成的重要性再次得到验证,并且暗示此基因的表达可能受到某些因子的调控。利用免疫组化(Immunocytochemistry)技术,我们研究了此基因的蛋白定位,发现SeCHSA蛋白在表皮组织和气管壁中有大量堆积,再次证明此基因参与了表皮和气管几丁质的形成。 为进一步研究此基因的功能及其对昆虫生长发育的影响,我们采用了RNAi技术。通过细胞中的RNAi试验,我们筛选出了针对SeCHSA的有效的dsRNA和siRNA片段,发现这两种RNA均可以在细胞中引起目的基因的沉默。之后我们用体外注射的方法在甜菜夜蛾5龄幼虫体内实现了目的基因的干扰。并且发现,注射siRNA比注射dsRNA可以更多地引发干扰现象。当SeCHSA基因的表达受到抑制之后,昆虫的正常生长发育即被破坏,产生发育畸形死亡的现象,注射siRNA组的畸形率高达50﹪,这与注射buffer的对照组(11.6﹪)和不注射(0﹪)的对照组相比,有显著差异。表皮电镜切片显示,与正常表皮组织相比,注射siRNA组的表皮的几丁质不再呈现规则的片层结构,而是变得杂乱无章;气管组织的几丁质染色显示,注射siRNA组的气管在伸长过程中出现畸形,且几丁质含量有所降低。这些结果说明,SeCHSA对甜菜夜蛾的生长发育有着至关重要的作用,基因的不表达可直接导致甜菜夜蛾的发育畸形甚至死亡。
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