黏虫体内保幼激素环氧水解酶对其生长发育调控作用的研究

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黏虫Mythimna separata属于鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,取食玉米、豆类等16科104种以上植物,大暴发时会造成巨大经济损失,是全国性重要农业害虫。由于其抗药性的不断增强以及化学防治对环境的毒性作用,我们迫切需要发现和开发具有新的作用方式的生态友好型杀虫剂。保幼激素(juvenile hormone,JH)是昆虫体内由咽侧体(corpora allata,CA)分泌的一类重要半倍萜烯类化合物,在昆虫生长发育过程中发挥重要作用。保幼激素环氧水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)作为JH代谢过程中的重要降解酶,可能会成为杀虫剂靶标基因用于未来害虫生物防治。因此,明确JHEH在JH生物代谢途径中发挥的重要作用及其生物学功能,可为今后提出通过JH降解途径防治害虫的生物技术方法提供理论基础。本试验共克隆出6条MsJHEH基因,并对其表达模式及其对黏虫幼虫生长发育、成虫生殖以及子代存活率的影响进行了研究。主要研究结果如下:(1)在黏虫转录组数据库中获得6条新的包含完整开放阅读框(ORF)的保幼激素环氧水解酶基因c DNA序列,分别命名为MsJHEH1-6,并在NCBI Gen Bank上登录,登录号分别为MT802191-MT802196。MsJHEH1-6基因长度分别为1595、1533、1514、1811、1513和2694 bp,各包含长度为1410、1389、1470、1380、1389和2064 bp的开放阅读框,分别编码469、462、489、459、462和687个氨基酸,均含有典型的N-端跨膜基序XWG、催化三联体、保守基序HGWP和两个酪氨酸,且均具有EHN环氧水解酶超家族结构域。(2)保幼激素类似物(JHA)对MsJHEH1-6基因表达具有显著诱导效应。由于不同MsJHEH对JH代谢能力不同,导致其对JHA诱导的响应存在差异。结果表明,经JHA处理后,各基因表达量均上调,其中MsJHEH2、MsJHEH3和MsJHEH4表达量上调较为显著,筛选出此3条基因进行后续研究。(3)MsJHEH2、MsJHEH3和MsJHEH4基因表达具有明显的发育阶段和组织特异性。MsJHEH2在蛹期高表达,预蛹期、5龄幼虫期表达量较高,MsJHEH3在5龄幼虫期表达量最高,MsJHEH4在卵期高表达,成虫期表达量最低。MsJHEH在黏虫3龄幼虫期不同发育时间点差异表达。MsJHEH2基因表达量整体呈先上升后下降的趋势,蜕皮后12 h表达量最高,MsJHEH3、MsJHEH4基因表达量总体均呈上升的趋势,蜕皮后48 h表达量最高。MsJHEH2在中肠中表达量最高,唾腺内最低。MsJHEH3在脂肪体中表达量最高,在后肠、唾腺和马氏管中相对较低。MsJHEH4在黏虫体壁中表达量最高,为唾腺中表达量的90.91倍。由此可见,各MsJHEH基因在不同发育阶段和组织中发挥不同作用。(4)不同浓度JHA对MsJHEH2、MsJHEH3和MsJHEH4基因诱导效果不同。JHA浓度较低时(0.3125μg/μL、0.625μg/μL、1.25μg/μL),在48 h内对基因表达均存在显著诱导作用,而浓度较高时(2.5μg/μL和5μg/μL),诱导效果较差或无显著诱导作用。同时,JHA对MsJHEH基因的诱导作用证实MsJHEH参与了JH的代谢过程。(5)RNA干扰成功抑制幼虫MsJHEH基因表达,并导致黏虫体内JH含量显著上调,MsJHEH基因沉默导致幼虫体重增长并延缓黏虫羽化。si MsJHEH2、si MsJHEH3处理后黏虫体重在基因沉默后随着时间的变化呈现出增长趋势,第5-7 d体重增长最为明显。si MsJHEH4处理后黏虫体重在前3 d短暂呈现出上升的趋势,但无显著差异。RNA干扰后化蛹率、羽化率均降低,羽化所需时间均显著延长。(6)MsJHEH基因沉默促进黏虫雌成虫卵黄发生和卵巢发育,提升其产卵水平,进而促进生殖。si RNA处理后,黏虫体内JH含量和卵黄原蛋白表达量均显著上调。卵巢发育级别在干扰72 h后与对照相比显著升高。雌成虫总产卵量、总怀卵量均显著增加,产卵历期延长、产卵前期缩短,黏虫雌成虫寿命相对缩短但不显著。MsJHEH基因沉默对子代存活率无显著影响。综上所述,MsJHEH基因参与了JH代谢过程,并通过其对JH滴度的调控作用,进而影响黏虫生长发育与生殖,研究为制定新型害虫防治策略提供了理论依据。
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