黄野螟海藻糖合成酶基因的克隆及功能研究

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海藻糖(trehalose)是一种非常稳定的非还原性二糖,通过α,α-1,1-糖苷键连接两分子葡萄糖而形成。海藻糖广泛存在于各种生物中,包括植物、藻类、真菌、酵母、细菌、昆虫以及其它非脊椎动物等。在动物界中,昆虫是首次报道其体内存在海藻糖的生物。海藻糖作为昆虫的血糖,不仅可以充当能源物质,而且能抵抗外界非生物因子胁迫。因此,海藻糖对于昆虫的正常生长发育及生存是很重要的。海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)作为海藻糖生物合成中的关键酶也被广泛研究,目前主要在细菌和真菌中报道较多,在昆虫中研究较少,有关其功能的报道更是少数。本研究以黄野螟(Heortia vitessoides Moore)为研究对象,采用转录组筛选与3’RACE技术对TPS基因序列进行克隆和拼接;对该序列进行生物信息学分析;研究了黄野螟在不同组织和不同发育阶段中TPS的表达模式;采用RNAi技术对TPS进行表达沉默,研究RNAi干扰效率、表型与存活率、几丁质合成和脂质合成。主要研究结果如下:(1)黄野螟海藻糖合成酶(HvTPS)基因的克隆基于黄野螟转录组数据与RACE技术,克隆得到了黄野螟海藻糖合成酶(HvTPS)完整开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)序列(登入号:MG787167)。其全长为2496bp,共编码831个氨基酸,预测其相对分子质量为93.48kDa、等电点为7.06,HvTPS与其他已知昆虫的TPS存在70-96%的相似性,且均包含有两个保守的催化区域和显著位点(HDYHL和DGMNLV)。(2)HvTPS的组织表达与发育阶段表达分析通过RT-qPCR技术来检测HvTPS在黄野螟不同组织部位以及不同虫态间的相对表达量。结果显示HvTPS在所有被检测的组织中和发育阶段中均有表达。组织表达方面,脂肪体中表达量最高;发育阶段方面,在化蛹后与羽化前表达量最高。(3)黄野螟RNAi在注射浓度梯度(1μg/μl,2μg/μl,3μg/μl,4μg/μl,5μg/μl,注射量均为1μl)中,注射3μg/μl浓度dsRNA能引起最高的沉默效率;注射dsHvTPS 3μg后的24h和36h检测发现海藻糖含量和HvTPS酶活性下降,葡萄糖含量上升,推测这种变化可能是由于HvTPS的表达量下降所引起;RNAi后发现蛹期与成虫期均出现畸形现象,且存活率相比对照明显下降,推测HvTPS与黄野螟变态发育相关;同时检测发现几丁质含量下降,与几丁质合成相关的关键酶表达量也下降,并且脂肪体质量与大小增加,脂质合成相关的基因表达量上升,脂质降解相关的基因表达量下降,推测HvTPS参与了黄野螟几丁质和脂质的生物合成。
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