细胞色素P450介导草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的分子机制

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草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(Smith)是一种具有重大入侵性和杂食性的害虫。目前,化学防治是防治草地贪夜蛾的有效方法。然而杀虫剂的长期不合理使用,会不可避免地导致草地贪夜蛾抗药性的产生,其中包括防治鳞翅目害虫的氯虫苯甲酰胺也是如此。研究草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性分子机制,是对其进行抗性治理的重要基础。因此,本文采用亚致死剂量氯虫苯甲酰胺处理草地贪夜蛾并进行转录组测序,筛选出响应氯虫苯甲酰胺的差异表达细胞色素P450基因,并通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)和RNA干扰(RNAi)等实验技术验证草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因在氯虫苯甲酰胺抗性中的作用,利用生物信息学软件预测可能调控CYP9F1和CYP6K2基因表达的miRNA,研究miRNA对草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因表达的转录后调控机制,明确了草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的分子机制。主要研究结果如下:1.草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性相关细胞色素P450基因的筛选采用叶片浸渍法测定氯虫苯甲酰胺对2龄草地贪夜蛾幼虫的毒力,并用LC10(10%致死浓度)的氯虫苯甲酰胺处理2龄草地贪夜蛾幼虫24 h后进行转录组测序,根据测序数据筛选出能够响应氯虫苯甲酰胺的细胞色素P450基因。结果表明,氯虫苯甲酰胺对草地贪夜蛾2龄幼虫的LC50(致死中浓度)和LC10(10%致死浓度)分别为2.087 mg/L和0.931 mg/L;受氯虫苯甲酰胺影响的差异性表达的P450基因有109个,其中83个P450基因上调表达,26个P450基因下调表达。2.亚致死剂量氯虫苯甲酰胺对草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因表达的影响采用LC10(10%致死浓度)的氯虫苯甲酰胺处理2龄草地贪夜蛾幼虫12 h、24 h、36 h及48 h后,利用q RT-PCR技术测定草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因的表达量变化情况。结果显示,草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因经氯虫苯甲酰胺处理12 h、24 h、36 h及48h后表达量均显著上调表达,表明草地贪夜蛾的CYP9F1和CYP6K2基因在氯虫苯甲酰胺代谢过程中可能具有重要作用。3.草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因在氯虫苯甲酰胺抗性中的作用通过对2龄草地贪夜蛾幼虫注射ds RNA,测定CYP9F1和CYP6K2沉默效率以及草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺敏感度。结果表明,沉默CYP9F1和CYP6K2后能够显著提高草地贪夜蛾对氯虫苯甲酰胺的敏感度,表明草地贪夜蛾CYP9F1和CYP6K2基因在氯虫苯甲酰胺抗性中发挥重要的解毒代谢作用。4.氯虫苯甲酰胺对草地贪夜蛾miRNA表达的影响利用生物信息学软件预测可能调控CYP9F1和CYP6K2基因表达的miRNA,并运用q RT-PCR技术测定氯虫苯甲酰胺对草地贪夜蛾miRNA表达的影响。结果显示,可能调控CYP9F1和CYP6K2基因表达的miRNA分别为miR-23a与miR-190-5p;经氯虫苯甲酰胺处理后草地贪夜蛾miR-23a与miR-190-5p表达均显著下调,表明CYP9F1和CYP6K2分别与miR-23a和miR-190-5p可能存在负调控作用关系。5.miRNA对草地贪夜蛾P450基因表达的调控作用通过q RT-PCR、Dicer-1基因沉默、双荧光素酶报告基因检测、miRNA模拟物/抑制物注射等一系列实验,验证草地贪夜蛾miRNA对P450基因表达的调控作用。结果表明,miR-23a通过与CYP9F1基因3’UTR靶标位点的结合,负调控草地贪夜蛾CYP9F1基因表达,miR-190-5p通过与CYP6K2基因3’UTR靶标位点的结合,负调控草地贪夜蛾CYP6K2基因的表达。
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