小菜蛾内向整流钾通道Kirs亚基基因时空表达规律

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内向整流钾通道(Inward-rectifying potassium channels,Kir)由组成通道结构的α亚基(Kir亚基)和必须辅助亚基构成,具有调控昆虫产卵、丝腺分泌和马氏管排泄等重要生理功能。Kir亚基的结构和功能异常会影响昆虫正常的生理活动,是潜在杀虫剂靶标。本研究利用蚊子和果蝇保守结构域序列为诱饵,从小菜蛾和帝王蝶的转录组数据库中鉴定出5个Kir亚基基因,从在家蚕和烟草天蛾中鉴定出6个Kir亚基基因。进化树分析发现,四种鳞翅目昆虫和果蝇、蚊子、褐飞虱等昆虫类似,均存在3个不同的进化分支(Kir1-3),其中Kir3包括Kir3A和Kir3B两个亚型。另外综合分析发现,相比较其他昆虫鳞翅目昆虫中可能出现了一个新的进化分支(Kir4)。其中家蚕和烟草天蛾的Kir4含有Kir4A和Kir4B两个亚型,而在小菜蛾和帝王蝶中仅含一个Kir4亚型。利用特异性引物,成功获得了小菜蛾Kir亚基基因(pxkir1:MT274448;pxkir2:MN894569;pxkir3A:MN894570;pxkir3B:MN894571;pxkir4:XM_011554721)的cDNA全长序列。分析5个基因编码的蛋白质预测序列,发现5个PxKir亚基都具有典型Kir亚基结构特征:在两个跨膜螺旋(TM1和TM2)间存在K+选择过滤器,以及在胞质结构域(CTD)中由C/N-末端形成的G-LOOP gate。进一步序列比对发现PxKir1和果蝇、蚊子、褐飞虱等昆虫的直系同源蛋白的序列相似性为52.3-67.3%,PxKir2为55.0-76.8%,PxKir3A为31.8-38.9%,PxKir3B为36.1-38.5%。PxKir4和直系同源蛋白的序列相似性为47.2-61.3%。利用qRT-PCR技术,解析pxkir1-pxkir4在小菜蛾不同发育时期和组织中的表达规律。五个基因动态的表达在小菜蛾的各个发育阶段,整体来说pxkir1相对于其他四个基因表达量高,在雄性成虫中显著高于其他发育时期。pxkir2在成虫阶段表达量急剧增高,pxkir3A整个生长发育周期中均有高水平表达,pxkir3B基因在幼虫期的表达量逐渐升高,3龄期表达量最高,进入4龄后表达量逐渐降低,蛹期表达量最低,进入成虫期后表达量迅速升高。pxkir4在卵期的表达量显著低于其他发育时期。综合比较5个基因在小菜蛾不同组织中表达情况发现,pxkir1和pxkir2在胸部、足和翅膀中的表达量高,pxkir3和pxkir4在幼虫和成虫马氏管中表达量高于其他组织。另外在比较雌雄的表达差异时发现,在精巢中pxkir1,pxkir3A和pxkir4均高表达,但在卵巢管中仅pxkir3B高表达,pxkir2在精巢和卵巢管中均低表达。时空表达规律为深入研究鳞翅目昆虫中Kir亚基的药理学和电生理学奠定了基础。
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