棉铃虫CncC和Keapl基因克隆及其功能分析

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棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)是重要的世界性农业害虫,取食多种寄主植物,为了克服植物防御,进化形成了尖端的防御系统(解毒酶系)进行反防御。由于长期不合理使用农药,棉铃虫的抗药性迅速发展。Keap1/Cnc C-ARE信号通路是昆虫抗氧化以及抵抗外来损伤、参与代谢解毒的重要通路之一。开展该通路相关基因研究,对于深入研究害虫抗性机制,理解昆虫的进化具有重要的意义。本论文开展了植物次生物质黄酮和花椒毒素对棉铃虫生长发育以及解毒酶基因表达的影响;克隆棉铃虫Cnc C和Keap1基因并进行功能分析,为绿色有效的防治害虫和新型农药研制提供理论支持,为今后的深入研究提供重要的依据。主要研究结果如下:1.植物次生物质对棉铃虫幼虫生长发育的影响1 mg/g黄酮处理后,幼虫体重在饲喂48 h、72 h和96 h后无显著性变化;3 mg/g黄酮处理后,其幼虫体重在饲喂48 h、72 h和96 h后均显著低于对照组。不同浓度的花椒毒素饲喂后,与对照组相比,其幼虫体重在各时间点均显著降低,生长在含低浓度植物毒素饲料上的幼虫,其体重增量高于生长在含高浓度植物毒素饲料上的幼虫。不同浓度的黄酮和花椒毒素处理后,蛹畸形率均显著性高于对照组,且均随着处理浓度的增加蛹畸形率显著性升高。这些结果说明,黄酮和花椒毒素对棉铃虫的生长具有一定的抑制作用,同时棉铃虫对低浓度的黄酮和花椒毒素有一定的耐受性。2.植物次生物质对棉铃虫幼虫解毒酶基因表达的影响1 mg/g黄酮处理后,棉铃虫中肠CYP321A1、CYP6AE14、CYP6B7和Car E1基因显著上调;棉铃虫脂肪体中,GST1和Car E1基因表达升高,但差异不显著。花椒毒素处理后,棉铃虫中肠CYP6AE12、CYP6AE14和CYP6B7基因显著性上调;脂肪体中CYP6AE12和CYP6B7基因显著上调。表明这些基因可能参与了黄酮和花椒毒素的解毒代谢。3.Cnc C和Keap1基因序列克隆和表达分析通过RACE技术克隆得到棉铃虫的Ha Cnc C和Ha Keap1两个基因序列,Ha Cnc C序列全长为3265 bp,开放阅读框(ORF)为2196 bp,编码的蛋白质由731个氨基酸残基组成,蛋白相对分子量为82.2 k Da,等电点为5.75。两条Ha Keap1分别为Ha Keap1-X1和Ha Keap1-X2,序列全长分别为3053 bp和3028 bp,其中ORF为1935 bp和1989 bp,编码645和663个氨基酸残基,Ha Keap1-X1蛋白分子量为71.6 k Da,等电点为5.9,Ha Keap1-X2蛋白分子量为73.5 k Da,等电点为5.83。系统发育分析和多重序列对比表明,Ha Cnc C和Ha Keap1基因均与鳞翅目具有高同源性。Ha Cnc C基因在棉铃虫中肠的表达量最高,在头部和前肠也呈较高的表达水平。Ha Keap1基因在棉铃虫的中肠表达量最高,在其它组织的表达水平均较低。Ha Cnc C基因在1龄幼虫中转录水平最高,随龄期表达量降低,到5龄期转录水平升高。Ha Keap1基因在卵中表达量最高,随龄期增加表达量逐渐降低。黄酮诱导后,棉铃虫中肠Ha Cnc C基因的转录水平显著升高。花椒毒素诱导后,棉铃虫中肠和脂肪体中Ha Cnc C基因的转录水平均显著升高。黄酮和花椒毒素处理后,棉铃虫中肠Ha Keap1基因的转录水平无显著性变化,而脂肪体中Ha Keap1基因的表达水平显著性降低。4.Ha Cnc C和Ha Keap1的RNAi对植物次生物质诱导的棉铃虫解毒基因表达的影响与对照(ds GFP)相比,Keap1基因沉默后,黄酮对CYP321A1、CYP6AE14、CYP6B7和Car E1基因诱导水平显著上调,而Cnc C基因沉默后,黄酮对该基因的诱导水平显著降低。同样Cnc C和Keap1基因沉默后,花椒毒素对CYP321A1、CYP6AE12和CYP6AE14基因的诱导情况与黄酮处理后相同。研究表明,Cnc C/keap1调控黄酮诱导的棉铃虫CYP321A1、CYP6AE14、CYP6B7和Car E1基因的表达。Cnc C/keap1调控花椒毒素诱导的棉铃虫CYP321A1、CYP6AE12和CYP6AE14基因的表达。
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