【摘 要】
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昆虫取食行为诱导产生的半胱氨酸蛋白酶抑制剂(CPI)可导致昆虫生长发育代谢紊乱甚至死亡。鞘翅目昆虫主要利用其消化道内的半胱氨酸蛋白酶进行消化,因此从植物中寻求抗虫的CPI基因并将其转到鞘翅目害虫的目标寄主中,进而影响害虫的取食和消化,对防治鞘翅目害虫具有重要价值。本课题组前期已获得杜仲半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因(EuCPI),通过初步抗虫活性测定,明确其对鞘翅目害虫具有显著的延长发育历期,降低产卵量
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昆虫取食行为诱导产生的半胱氨酸蛋白酶抑制剂(CPI)可导致昆虫生长发育代谢紊乱甚至死亡。鞘翅目昆虫主要利用其消化道内的半胱氨酸蛋白酶进行消化,因此从植物中寻求抗虫的CPI基因并将其转到鞘翅目害虫的目标寄主中,进而影响害虫的取食和消化,对防治鞘翅目害虫具有重要价值。本课题组前期已获得杜仲半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因(EuCPI),通过初步抗虫活性测定,明确其对鞘翅目害虫具有显著的延长发育历期,降低产卵量、卵孵化率及羽化率等作用。为了深入探究其抗虫功能及抗虫机制,本研究在前期已经获得的原核表达载体系统的基础上探究了含有EuCPI基因的大肠杆菌对柳蓝叶甲发育历期、生长发育及解毒酶的影响;利用传统PCR技术和无缝克隆技术构建2个真核表达载体,利用农杆菌介导法将其转入到烟草及741杨获得转基因抗性植株,分别探究了黄粉虫取食转EuCPI基因烟草对其体重及解毒酶活性的影响以及柳蓝叶甲取食转基因741杨对其半胱氨酸蛋白酶活性的影响。研究结果可为鞘翅目害虫的有效治理提供新的途径,并为形成新的林木抗虫品系提供重要的基因资源和科学数据。主要研究结果如下:(1)浸蘸EuCPI基因工程菌的柳叶饲喂柳蓝叶甲结果表明,其生活史显著延长,产卵量、产卵持续期、孵化率和羽化率低于对照组,且具有显著性差异。化蛹率未见显著性差异,但是试验组的化蛹率比蒸馏水和pET28a/BL21对照组分别低11.9%和3.23%,说明杜仲半胱氨酸蛋白酶抑制剂对柳蓝叶甲的生长发育具有明显的抑制作用。通过解毒酶活性测定表明,EuCPI对柳蓝叶甲CarE和GST两种解毒酶活性均具有不同程度的诱导作用,对CYP450酶活性自4-72h均有显著的抑制作用。(2)分别利用传统PCR技术和无缝克隆技术构建真核表达载体pBI121-EuCPI和pCAMBIA1 302-EuCPI。结果表明无缝克隆技术和传统PCR扩增技术都能实现载体构建成功,但是相比于传统PCR扩增技术,无缝克隆技术反应迅速、反应时间短,连接转化效率高。(3)建立了 741杨遗传转化体系。确定遗传转化农杆菌侵染浓度OD600=0.4时,侵染时间为5min,转化效率较高。确定潮霉素临界筛选浓度为5mg/L、头孢噻肟钠临界筛选浓度为50mg/L。741杨筛选培养基为MS+2.0mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA,741杨生根筛选培养基为1/2MS+0.5 mg/L IBA,经过PCR鉴定共获得5株转EuCPI基因741杨树用于后续抗虫功能试验。(4)真核表达载体pCAMBIA1302-EuCPI经过农杆菌介导分别获得了转EuCPI基因烟草和741杨。烟草饲虫试验结果表明:以野生型烟草和转基因烟草为饲料,黄粉虫的体重均下降,但取食转基因烟草的黄粉虫体重下降速率更快,经数据分析两者有显著性差异(P<0.05)。取食转基因烟草对黄粉虫的CarE和GST解毒酶有一定的抑制作用,但与对照相比无显著差异;在4-12h内可显著诱导CYP450解毒酶活性。转基因杨饲喂柳蓝叶甲试验结果表明,取食转EuCPI基因杨对柳蓝叶甲的半胱氨酸蛋白酶具有显著的抑制作用。
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