棉铃虫解毒伏马毒素B1的基因筛选及酶解特性研究

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伏马毒素对土壤、农作物秸秆污染严重,特别是在秸秆还田耕作模式下,秸秆中以伏马毒素为代表的真菌毒素和以镰孢菌为主的致病菌在土壤中大量积累,秸秆及土壤中的伏马毒素通过传导富集于植株体内,多食性害虫棉铃虫在取食众多宿主植物时会摄入外源毒素,但其体内对外源物质的解毒代谢机制还未明确。因此,本研究探究了受FB1胁迫后棉铃虫的生长发育情况,筛选了抗性品系,并检测了 FB1对其解毒酶和抗氧化酶系的影响,通过转录组测序,筛选了可能与棉铃虫解毒代谢相关的酯酶基因HaCHE1,构建了原核表达载体并将酯酶基因HaCHE1成功表达。随后将诱导的HaCHE1菌液喷施到土壤中,室内检测其对土壤中伏马毒素的降解率,以期为伏马毒素的去除提供新思路。主要结果如下:(1)FB1对棉铃虫死亡率无显著影响。但三龄棉铃虫幼虫增长量及蛹重有明显抑制作用。在FB1胁迫下,幼虫期体重的增长量随着浓度的升高而减少,其中5 mg/kg浓度的处理组最为显著(P<0.05);在蛹期,15 mg/kg浓度的处理组和对照组相比蛹重显著降低,(P<0.05)。FB1胁迫对棉铃虫发育历期有影响。在供试浓度范围内,棉铃虫的三龄的发育历期随浓度的增加而缩短。0.1 mg/kg处理组和对照组相比差异最显著(P<0.05),平均缩短3.17 d.0.5 mg/kg处理和对照组相比,蛹期显著缩短2.60 d。FB1胁迫抑制产卵量及孵化率。产卵量、幼虫数及孵化率都随着伏马毒素浓度的变化而变化,对照组和15 mg/kg相比差异较大。对棉铃虫产卵量、幼虫数及孵化率的影响由高到低依次是15 mg/kg>5 mg/kg>1 mg/kg>0.1 mg/kg>0.5 mg/kg。(2)分别测定1 mg/kg、5 mg/kg两个浓度胁迫下棉铃虫中肠和脂肪体内羧酸酯酶(CarE)、多功能氧化酶(CYP450)及谷胱甘肽S转移酶(GST)的活性及过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)三种抗氧化酶活性。结果表明:5 mg/kg诱导1d后羧酸酯酶的酶活最高,和对照相比提高了 1.45倍;P450酶活5 mg/kg处理1 d后和对照相比酶活性显著提高,而处理3 d时1 mg/kg的酶活显著被抑制。CAT活性,各处理组在1 d时和对照组相比显著被诱导,但在3、5 d处理时和对照相比酶活性下降,其中,5 d时各处理组显著低于对照。POD活性在1、3d时各处理组酶活性显著被抑制,5 d时5 mg/kg处理组和对照相比显著提高。SOD活性,各处理组在1d时显著被诱导,在5d时则显著被抑制。(3)将敏感和抗性品系进行转录组测序,分析差异表达基因。结果表明,共有4个酯酶基因上调。其中羧酸基因HaCHE1显著上调。(4)采用荧光定量PCR的方法验证酯酶基。因HaCHE1在敏感和耐受品系中的的基因表达量情况。结果显示羧酸酯酶基因HaCHE1抗性品系中的表达水平是敏感品系的2.9倍(P<0.05),另检测了酯酶基因HaEstB1,其抗性品系中的表达水平是敏感品系的5.8倍(P<0.01),以上结果显示棉铃虫的酯酶基因HaCHE1、HaEstB1表达量上调可能与FB1的抗性有关。(5)构建原核表达载体并将酯酶基因HaCHE1在大肠杆菌中成功表达。经诱导后的HaCHE1菌液和FB1孵育6 h后,对0.1 mg/kg FB1的降解率为14.3%。诱导后的HaCHE1菌液施入土壤中,在室内检测了对土壤中FB1的降解率。结果表明:诱导后的HaCHE1菌液施入土壤7 d时对土壤中FB1的降解率为12.2%。
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