小菜蛾神经肽咽侧体抑制激素基因Allatostatin-A转录分析及功能研究

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昆虫神经肽是由神经系统合成、贮存并释放的多肽类活性物质,是多细胞生物中最多样的信号分子群。成熟肽(通常约5–80 aa)是由无活性的前体肽产生的,具有含量低、活性高、作用广泛且复杂的特点,影响昆虫几乎所有的行为和生理反应。咽侧体抑制激素Alloatostatin-A(AST-A)在昆虫中分布广泛,存在于脑、咽侧体、血淋巴、消化道及神经节中。目前研究发现,昆虫AST-A具有影响昆虫的保幼激素合成、α-淀粉酶的释放、肌肉收缩等方面的功能。小菜蛾Plutella xylostella隶属于鳞翅目菜蛾科,其幼虫喜食甘蓝、白菜等十字花科植物,是农业重要害虫。由于其发生世代多,繁殖能力强,寄主范围广,抗药性水平高,防治起来十分困难。菜蛾盘绒茧蜂Cotesia vestalis作为其优势内寄生蜂,能够专性寄生小菜蛾幼虫,将Cv BV、毒液、畸形细胞等寄生因子与卵一并注入宿主体内,通过神经系统或其他相关途径,调控宿主生长发育、消化代谢、免疫反应等生理过程。此前,本实验室在小菜蛾中枢神经系统(central nervous system,CNS)中鉴定到了17个神经肽家族的19种神经肽基因,但大部分神经肽在小菜蛾中的功能尚不清楚。因此,本论文在前期研究的基础上,对小菜蛾AST-A基因(PxAST-A)转录水平和功能进行研究。研究结果如下:1.鉴定小菜蛾PxAST-A中9条成熟肽,并检测小菜蛾PxAST-A的转录水平:基于小菜蛾基因组和转录组数据,分析和克隆小菜蛾PxAST-A序列。通过与其他昆虫同源PxAST-A多序列比对,从前体肽中鉴定出了共有的保守序列为:Y/FXFGLG的9条成熟肽,且它们的C端Gly酰胺化。对PxAST-A转录水平的表达进行检测,结果表明:PxAST-A转录水平在1龄幼虫表达量最高,在蛹期表达量最低;在两性成虫中,雄成虫中PxAST-A转录水平显著高于雌成虫;同时,PxAST-A组织分布存在一定偏好性,其在CNS和中肠中表达量明显高于其他组织。2.研究了小菜蛾PxAST-A的功能,结果显示其能够影响小菜蛾的生长发育和消化代谢:根据PxAST-A前体肽序列,合成得到的9个C端酰胺化的成熟多肽,并均等混合进行体外显微注射。(1)在生长发育方面:能使小菜蛾Ec R基因在4龄末下调,并且能够延长其发育历期;(2)在消化方面:能够增加小菜蛾中肠淀粉酶活性;(3)在摄食方面:能够延长小菜蛾取食间歇时长。3.菜蛾盘绒茧蜂寄生能够上调PxAST-A转录表达,延长发育历期:菜蛾盘绒茧蜂寄生能够引起4龄中后期小菜蛾幼虫及其中肠中PxAST-A的显著性上调,并能够显著性抑制中肠淀粉酶活力。此外,Cv BV注射能引起4龄中后期小菜蛾幼虫及其中肠中PxAST-A的显著性上调,并下调Ec R、E75转录表达。由此可知,菜蛾盘绒茧蜂通过其携带的Cv BV调控寄主PxAST-A的表达,并影响小菜蛾的生长发育及中肠淀粉酶活性。本论文通过研究PxAST-A在菜蛾盘绒茧蜂-小菜蛾寄生体系内的转录调控及其在小菜蛾中的功能,并为后续的研究提供理论基础。
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