【摘 要】
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瓜实蝇Zeugodacus(Bactrocera)cucurbitae主要通过其幼虫危害葫芦科(Cucurbitaceae)、茄科(Solanaceae)等多种瓜果类幼瓜,是我国重要的检疫害虫之一。转基因昆虫不育技术在双翅目、膜翅目和鳞翅目昆虫有广泛应用,目前在瓜实蝇防治未见报道。本文以瓜实蝇为研究对象,利用CRISPR/Cas9技术敲除transformer(tra)基因,构建雌性特异致死载体。
【基金项目】
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海南省重点研发项目 (ZDYF2017065); 国家自然科学基金项目(31860523);
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瓜实蝇Zeugodacus(Bactrocera)cucurbitae主要通过其幼虫危害葫芦科(Cucurbitaceae)、茄科(Solanaceae)等多种瓜果类幼瓜,是我国重要的检疫害虫之一。转基因昆虫不育技术在双翅目、膜翅目和鳞翅目昆虫有广泛应用,目前在瓜实蝇防治未见报道。本文以瓜实蝇为研究对象,利用CRISPR/Cas9技术敲除transformer(tra)基因,构建雌性特异致死载体。利用胚胎显微注射技术注射瓜实蝇胚胎,荧光显微镜筛选得到不同荧光表达强度的种群,建立瓜实蝇雌性特异致死品系评价其致死率,主要研究结果如下:1、为了获得大量一致的虫源,建立了瓜实蝇室内定量化饲养方法(1)瓜实蝇幼虫固体培养基配方的筛选固体培养基中添加不同质量的南瓜、玉米粉、丙酸和苯甲酸钠,发现固体培养基中添加南瓜20 g、酵母粉20 g、白砂糖12 g、葡萄糖5 g、玉米粉13 g、大豆粉6 g、Ca Cl2·2H2O 0.1 g、酵母提取物1 g、琼脂粉1.1 g和丙酸1.2 ml是最优的配方。利用此配方饲养瓜实蝇的幼虫后,其化蛹率、平均蛹重和羽化率均高于对照。该配方具有操作简便、存活率高和定量化等优势,以实现试虫规模化、周年继代饲养的有效方法。(2)两性生命表对瓜实蝇幼虫取食固体培养基适应性评价通过两性生命表探讨天然食物南瓜和黄瓜及固体培养基对瓜实蝇种群动态的影响。结果表明幼虫期取食固体培养基的瓜实蝇从卵到蛹的发育时间为19.11天,比南瓜(17.73天)和黄瓜(17.13天)略长;取食固体培养基瓜实蝇的蛹重、蛹长、蛹宽均高于两种天然食物。此外,通过年龄-阶段两性生命表测定固体培养基饲养的瓜实蝇存活率高于黄瓜,而低于南瓜。与两种天然饲料相比,利用固体培养基饲养瓜实蝇幼虫的繁殖能力和种群动态没有显著影响。因此,我们研制的固体人工饲料可用于瓜实蝇幼虫的实验室饲养和大规模饲养,从而有利于瓜实蝇的研究和防治。2、利用CRISPR/Cas9技术验证瓜实蝇transformer基因的功能在瓜实蝇tra基因的雌性转录本中,在第5号外显子上选取两个靶位点分别为Bcutra1和Bcutra2及位于第4号外显子上的Bcutra3。利用CRISPR/Cas9敲除tra基因,在注射Bcutra1+2、Bcutra1+3和Bcutra1+2+3处理组中,雄虫比率分别为60.9%、46.48%和55.22%;间性个体的比率分别为5.43%、43.66%和34.33%。间性个体具有不同程度异常的外生殖器,雌性含有栉毛和雄性无栉毛的特征,成功实现了对瓜实蝇tra基因的定点突变。3、雌性特异致死遗传品系载体的构建利用无缝克隆和融合PCR等方法,成功构建了雌性特异性载体tetO5和tetO14及tetO21等3个表达载体,为后续瓜实蝇雌性特异性遗传品系的研究奠定了基础。4、雌性特异性致死遗传品系的筛选利用胚胎显微注射的方法,遗传转化瓜实蝇早期荧光标记质粒tetO14和tetO21,在G1代利用荧光显微镜观察瓜实蝇蛹期荧光,筛选得到28种不同荧光表达强度的瓜实蝇转化个体,筛选得到G2代14个,G3代9个和G4代6个遗传品系。PCR检测到荧光蛋白基因Ds Red2和毒性蛋白基因t TAV片段。纯合品系的致死率为100%,且在卵期死亡,成功建立瓜实蝇遗传转化技术体系。
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