【摘 要】
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稻水象甲(Lissorhoptrus oryzophilus)是一种危害性极强的外来入侵害虫,是严重危害水稻的世界性检疫害虫,被列为世界最具威胁的100种外来入侵物种之一。稻水象甲在中国的繁殖方式为孤雌生殖,具有适应能力强和越冬成虫存活率高等特点,给稻水象甲的防控工作带来了极大的困难,也对我国入侵地的水稻生产造成了严重的威胁。海藻糖是昆虫生命活动中一类重要的糖类物质,在昆虫抵抗逆境胁迫和生长发育中
【基金项目】
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吉林省自然科学基金项目(20200201128JC);
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稻水象甲(Lissorhoptrus oryzophilus)是一种危害性极强的外来入侵害虫,是严重危害水稻的世界性检疫害虫,被列为世界最具威胁的100种外来入侵物种之一。稻水象甲在中国的繁殖方式为孤雌生殖,具有适应能力强和越冬成虫存活率高等特点,给稻水象甲的防控工作带来了极大的困难,也对我国入侵地的水稻生产造成了严重的威胁。海藻糖是昆虫生命活动中一类重要的糖类物质,在昆虫抵抗逆境胁迫和生长发育中具有重要的作用,被称作昆虫的血糖。海藻糖合成酶是昆虫体内海藻糖合成通路的关键酶,在昆虫碳水化合物利用、抵抗环境胁迫、几丁质合成和越冬滞育等方面起到了关键的调控作用。本研究通过RNAi技术抑制稻水象甲海藻糖合成酶基因表达后,研究了海藻糖代谢在快速冷驯化(Rapid cold hardening,RCH)过程中的不同应答反应,探明了稻水象甲海藻糖合成酶基因在快速冷驯化中的作用,为稻水象甲的耐寒机理提供了理论基础,也为其绿色防控提供了新思路。本研究取得了如下进展:1.基于稻水象甲的转录组数据,克隆获得了1条海藻糖合成酶基因(LoTPS)和1条海藻糖转运蛋白基因(LoTRET)。LoTPS编码833个氨基酸,包含TPS和TPP两个保守结构域,预测的蛋白分子量和等电点分别为93.42 KD和6.31,无跨膜结构域和信号肽。LoTRET编码507个氨基酸,包括一个属于MFS超家族的保守结构域,预测的蛋白分子量和等电点分别为55.44 KD和6.47,有多个跨膜结构域,无信号肽。2.本研究证明了短期的快速冷驯化能有效提高稻水象甲在检测温度下的存活率:0℃诱导6 h后,在-8℃暴露2 h的存活率相比对照增加了50%。进一步研究表明:经历快速冷驯化后的稻水象甲体内海藻糖含量显著增加,说明海藻糖的积累在稻水象甲应对短期低温胁迫的过程中发挥了一定的作用。3.通过三种内参稳定性分析软件ge Norm,Norm Finder和Best Keeper以及常用的△Ct法评估了RPL18、G6DPH、RPS27、RPS11、TBP、RPL13、RPS18、α-tubulin、GADPH和AK十个常用内参基因在不同快速冷驯化条件下的稳定性。结果表明:RPS18基因在不同快速冷驯化条件下表达相对稳定。对稻水象甲海藻糖代谢相关基因在快速冷驯化过程中的表达模式进行分析,结果表明:LoTPS基因表达量随着诱导时间的增加而上升,LoTRET基因表达量随着诱导时间的增加先上升再下降,海藻糖酶基因(LoTRE)表达量在经历快速冷驯化后下降至较低水平,不随快速冷驯化时间增加而变化。说明快速冷驯化条件下,稻水象甲在转录水平通过LoTPS基因上调表达和LoTRE基因下调表达来积累海藻糖。4.本研究初步建立了稻水象甲RNAi体系:稻水象甲取食由100μg dsRNA溶液处理过的水稻叶片24 h后,对LoTPS基因的干扰效率最高,为69%。RNAi处理后,稻水象甲在第8天的存活率为48%,相比对照存活率下降了27.56%,海藻糖含量为对照的78.57%,总糖含量与对照无显著差异,表明抑制LoTPS基因表达会对稻水象甲的存活率和海藻糖含量造成影响。正常条件下,0℃诱导6 h后,稻水象甲的存活率、总糖和海藻糖含量分别是未经历快速冷驯化处理的2.55倍、2.01倍和1.48倍,而在RNAi处理后,两者的存活率、总糖和海藻糖含量均未出现显著差异。正常条件下,0℃诱导6 h后,LoTPS和LoTRET基因表达上调,LoTRE基因表达下调,而抑制LoTPS基因表达后再经历快速冷驯化处理,LoTPS和LoTRET基因表达下调,LoTRE基因表达上调,进一步说明LoTPS基因在快速冷驯化过程中通过调控海藻糖含量及海藻糖代谢来提高稻水象甲的低温适应性,而抑制LoTPS基因表达,会对海藻糖代谢相关基因的表达造成影响,导致稻水象甲体内海藻糖代谢平衡被打破。
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