烟草甲谷胱甘肽-S-转移酶基因鉴定及其对高温和高效氯氟氰菊酯的响应

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烟草甲Lasioderma serricorne属鞘翅目窃蠹科,是一种世界性的贮藏物害虫。谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferases,GSTs)属于II相解毒酶,研究发现其不仅能够代谢多种杀虫剂,有些GSTs还能够抵御氧化胁迫,具有抗氧化酶活性。截至目前,有关烟草甲GSTs的研究较为稀少。本研究通过检索烟草甲转录组,鉴定了14个GSTs基因,分析了这些基因应对高温和高效氯氟氰菊酯胁迫的表达模式,并进一步明确了其中2个基因(Lser GSTd1与Lser GSTe1)在抵御杀虫剂和氧化胁迫中的功能。获得结果如下:1.烟草甲GSTs的鉴定与序列分析通过检索烟草甲转录组,获得了14个GSTs(Lser GSTd1、Lser GSTd2、Lser GSTe1、Lser GSTe2、Lser GSTe3、Lser GSTo1、Lser GSTo2、Lser GSTs1、Lser GSTs2、Lser GSTs3、Lser GSTs4、Lser GSTt1、Lser GSTz1、Lser GSTu1)c DNA序列。这些c DNA序列长度在594到742bp之间,均具有完整的开放阅读框,编码蛋白质的长度介于192至241个氨基酸之间,且与其它鞘翅目昆虫GSTs高度同源。分析表明8个Lser GSTs在N-端具有保守的谷胱甘肽结合位点(G-site),11个Lser GSTs在C-端具有底物结合位点(H-site),说明这些蛋白可能具有谷胱甘肽-S-转移酶活性。2.烟草甲GSTs表达模式分析Lser GSTs在不同发育期相对表达水平不同,Lser GSTd1、Lser GSTo2、Lser GSTs4与Lser GSTu1在成虫期大量表达,Lser GSTd2、Lser GSTe1与Lser GSTe3在蛹期大量表达,而Lser GSTe2、Lser GSTo1、Lser GSTs1与Lser GSTt1在幼虫期大量表达。高温及高效氯氟氰菊酯处理后,烟草甲体内丙二醛和过氧化氢含量升高,引发烟草甲体内氧化胁迫反应,诱导GST酶活性增强。荧光定量PCR结果显示大多数Lser GSTs基因水平显著上调。其中,30°C高温处理下Lser GSTd1与Lser GSTe1表达量分别上调至对照组的7.65倍和10.19倍,高效氯氟氰菊酯处理下Lser GSTd1、Lser GSTe1、Lser GSTe2、Lser GSTt1与Lser GSTz1表达量有所升高,推测这些基因编码的蛋白可能参与烟草甲的氧化应激及解毒代谢过程。3.烟草甲Lser GSTd1与Lser GSTe1功能分析构建了Lser GSTd1和Lser GSTe1原核表达载体并在大肠杆菌中成功表达,发现过表达Lser GSTd1和Lser GSTe1重组蛋白的大肠杆菌对高温、百草枯和过氧化氢的耐受能力显著增强,推测重组Lser GSTd1和Lser GSTe1蛋白具有抗氧化酶活性。此外,发现高效氯氟氰菊酯对Lser GSTd1和Lser GSTe1重组蛋白的催化活性有显著抑制作用,最高抑制率分别达到65%和77%,表明Lser GSTd1和Lser GSTe1与高效氯氟氰菊酯之间存在相互作用,可能具有代谢杀虫剂的能力。综上所述,本研究鉴定了烟草甲14个GSTs,明确了高温和高效氯氟氰菊酯胁迫下GSTs的表达模式,初步解析了GSTs在响应环境胁迫中的潜在功能,不仅丰富了烟草甲GSTs的认识,也为开发基于RNAi的烟草甲的无公害防治方法提供了新靶标。
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