斜纹夜蛾CAT基因克隆、表达特征及功能分析

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过氧化氢酶(catalase,CAT)作为生物体内的重要物质,其主要功能是参与活性氧代谢过程,在清除H2O2、超氧自由基和过氧化物以及阻止羟基自由基形成等方面发挥着重要作用。随着对昆虫CAT基因及其功能位点的深入研究,今后将会实现对昆虫高效,对哺乳动物安全的目标,这将对设计一条新的防治害虫途径具有潜在的应用意义。本文利用RT-PCR技术和RACE方法克隆和分析了斜纹夜蛾Spodoptera litura(Fabricius)过氧化氢酶基因SlitCAT,研究了其不同发育阶段及不同组织分布的表达特征,并应用细胞转染和微量注射技术分别研究了化学合成的Small interferingRNA(siRNA)对细胞Spodoptera litura-1(SL-1)的干扰效果和注射Double stranded(dsRNA)在斜纹夜蛾活体水平上的生理指标检测,主要研究内容和结果如下。  根据GenBank中登录的昆虫CAT、基因序列,设计简并引物,采用RT-PCR和RACE方法,从斜纹夜蛾5龄幼虫中克隆获得SlitCAT全长序列(GenBank登录号JQ663444)。SlitCAT核苷酸序列全长1841bp,其中开放阅读框全长1524bp,编码507个氨基酸残基,预测相对分子量56.87kDa,等电点8.06。氨基酸序列与甜菜夜蛾Spodopteraexigua和家蚕Bombyx mori的一致性分别为96%和87%。  运用荧光定量PCR的方法,研究了SlitCAT在斜纹夜蛾生长发育阶段及不同组织分布的表达特征。结果表明,SlitCAT在斜纹夜蛾各个发育阶段及各个组织均有表达,但表达量存在显著差异,其中高龄幼虫和成虫期表达量显著高于卵期和低龄幼虫,组织脂肪体的表达量最高。生长发育阶段的表达量表明。SlitCAT可能与斜纹夜蛾生理活动密切相关。  应用RNA interference(RNAi)技术研究了化学合成siRNA对斜纹夜蛾细胞系SL-1SlitCAT的沉默效应。荧光定量PCR测定结果表明,以50、100 nM siRNA干扰处理后24 h、48 h,SlitCAT的Messenger RNA(mRNA)表达量均显著低于CK。同时经过紫外光照射24h和48h后,胞内reactive oxygen species(ROS)的含量均出现了升高,但是在经过50nM和100nM siRNA处理之后再进行紫外光照射,可以明显发现ROS的升高率是同条件下只进行紫外光照射的2倍以上。同时通过紫外光照射5min后,分别进行培养24、48h进行结果观察,细胞碎片比例明显增多,细胞凋亡率分别达到27.66%和37.68%。但对SL-1细胞先进行成功的沉默SlitCAT,再进行紫外照射时,其导致细胞凋亡的效率与只进行紫外照射相比,能够提高50%~70%左右。  利用微量注射和RNAi技术相结合的方式对斜纹夜蛾进行微量注射dsRNA,7d之内的沉默效应均达到87%以上,并且SlitCAT酶活性受到了显著的抑制,7d之内累计校正死亡率仍然达到23.33%。  结合研究结果,讨论了SlitCAT的基因结构特征、表达时序性和RNAi效果。本文首次阐明了SlitCAT的基因结构,并从细胞水平和活体水平上证实了通过化学合成siRNA和dsRNA可以显著干扰SlitCAT功能的发挥,为今后深入研究昆虫CXT功能,研制以其为主要作用靶标的杀虫剂提供了基础。
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