绿盲蝽AlHSP90、AlHSC70在温度及杀虫剂胁迫后的表达谱分析

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自1997年以来,Bt棉在我国广大棉区商业化推广,有效控制了棉铃虫Helicoverpaarmigera等主要鳞翅目害虫的危害,同时棉田化学农药使用量因此也大幅减少。随着Bt棉的大量种植,棉田害虫的生态位也发生了一系列演替,长期作为次要害虫的盲蝽蟓种群数量剧增,危害加重,外加盲蝽蟓具有食性广、移动快及化学农药防治难等特点,导致其已经成为我国Bt棉田及多种作物上的重要致灾因子。近10年来,以绿盲蝽Apolygus lucorum为主的盲蝽类刺吸式口器害虫种群数量急剧增加,危害日益加重,目前绿盲蝽已经成为我国Bt棉田的主要害虫。由于对外界环境温度具有很强的耐受性,绿盲蝽在我国已经广泛分布,北至黑龙江,南到广东、广西等地,西部地区的四川、青海、甘肃东部等处都有发生,东部沿海地区发生较为严重,主要发生在长江流域及黄河流域广大地区。  热激蛋白是昆虫体内重要的抗逆蛋白,当昆虫受到环境胁迫时其体内热激蛋白表达量会显著增加,从而对昆虫细胞、组织产生保护作用,协助昆虫渡过不良的环境条件。本研究在鉴定绿盲蝽AlHSP90和AlHSC70基因全长的基础上,对不同温度、四种杀虫剂胁迫下AlHSP90、AlHSC70基因、蛋白的表达量进行系统分析,进而探讨热激蛋白AlHSP90、AlHSC70介导下绿盲蝽对不同温度、四种杀虫剂的分子适应机制。主要结果如下:  1.绿盲蝽AlHSP90、AlHSC70全长序列鉴定。利用smart cDNA文库构建及RACE技术成功克隆了绿盲蝽AlHSP90、AlHSC70的cDNA全长序列,注册获得GenBank登陆号分别为:KC109781、KC119044。序列分析结果表明,AlHSP90 cDNA全长2548bp、开放阅读框2169bp、编码氨基酸722个、预测分子量82.99 kDa、理论等电点4.93。 AlHSC70 cDNA全长2333bp、开放阅读框1971 bp、编码氨基酸656个,预测分子量71.57kDa,理论等电点5.38。蛋白特征分析表明:AlHSP90、AlHSC70具有HSP90、HSC70家族的典型特征。组成型HSC70-AlHSC70与诱导型HSP70氨基酸序列相比,存在15个保守氨基酸序列(IVLVGGSTRIPKVQKL,位于337-352位)。多重比对的结果表明,AlHSP90、AlHSC70核苷酸序列及其推导的氨基酸序列与多种昆虫HSP90、HSC70具有较高的同源性。  2.利用荧光定量PCR技术,分别分析了不同温度(18℃、21℃、24℃、27℃、30℃及33℃)持续饲养条件下,绿盲蝽成、若虫体内AlHSP90、AlHSC70的表达谱,并以β-actin作为内参基因。结果表明,~24℃饲养条件下,绿盲蝽成、若虫AlHSP90、AlHSC70的表达量较低,高温(30℃、33℃)、低温(18℃)可诱导AlHSP90、AlHSC70表达量显著上升,揭示了~24℃是绿盲蝽生长发育的最适温区,并且在此温区内绿盲蝽遭受的温度胁迫较低,而<18℃或>30℃已超出了绿盲蝽生长发育适宜温度范围,其遭受的温度胁迫比其它温度也大。  3.利用荧光定量PCR及Western blot技术,分析极端高温(40℃)、低温(4℃)处理后,绿盲蝽体内AlHSP90、AlHSC70基因、蛋白的表达量变化。结果表明,与24℃对照相比,经极端高温(40℃)处理1h之后,绿盲蝽AlHSP90、AlHSC70的表达量显著上升(p<0.01),且AlHSP90、AlHSC70翻译后的蛋白表达谱分别与转录水平表达谱结果高度一致。与24℃对照相比,经极端低温(4℃)处理1h之后,其AlHSP90基因、蛋白的表达量变化均不显著(p>0.05),而AlHSC70基因、蛋白的表达量却显著下降,揭示了AlHSP90、AlHSC70是绿盲蝽适应极端温度的重要基因,并对高、低温存在不同的分子调控机制。  4.利用荧光定量PCR及Western blot技术,系统分析功夫菊酯、吡虫啉、毒死蜱、甲维盐四种杀虫剂处理后绿盲蝽体内AlHSP90、AlHSC70基因、蛋白的表达谱。结果表明,经功夫菊酯、吡虫啉、甲维盐三种杀虫剂处理后(诱导剂量=LD50),AlHSP90、AlHSC70表达量显著高于空白对照及丙酮对照(p<0.01)。经毒死蜱处理后(诱导剂量=LD50),绿盲蝽AlHSP90表达量显著高于对照(p<0.01),而AlHSC70表达量却显著低于对照(p<0.01)。Western杂交结果表明AlHSP90、AlHSC70蛋白表达谱与基因表达谱一致,揭示AlHSP90、AlHSC70是绿盲蝽耐受或抵御这四种杀虫剂的重要基因,尤其针对功夫菊酯、吡虫啉、甲维盐,且针对不同的杀虫剂,AlHSP90、AlHSC70可能存在不同的分子调控机制。  5.利用荧光定量PCR技术,检测了高温(33℃)与四种杀虫剂双重胁迫条件下,绿盲蝽AlHSP90基因表达谱变化。结果表明,绿盲蝽在同时遭受高温(33℃)及杀虫剂胁迫时,其体内AlHSP90表达量会显著升高(p<0.01),且比绿盲蝽单独遭受温度或单一杀虫剂处理时的表达量显著升高(p<0.01),进一步揭示了AlHSP90是绿盲蝽耐受温度及杀虫剂胁迫后的重要基因,并有可能参与了绿盲蝽对于温度及杀虫剂交互抗性作用的形成。
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