苹果蠹蛾遗传修饰相关分子元件的鉴定及转化载体的构建

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苹果蠹蛾Cydia pomonella(L)是世界范围内仁果类水果的重要检疫性害虫。目前关于该虫化学防治、化学生态调控和生物防治等方法研究较多,但尚不能满足对该虫的防控需要,对新颖防控技术的需求日益增强。昆虫遗传修饰转化技术是利用生物技术防控害虫的新策略,该技术通过遗传转化的方式建立昆虫特定性别或特定发育时期的致死品系。研究和开发适宜的转化载体是成功构建转化品系的重要基础和前提,其中转化载体中的致死基因是直接发挥控害效果的元件,启动子则是调控致死基因有目的表达的重要元件。本研究以苹果蠹蛾为对象,以构建苹果蠹蛾遗传修饰转化载体为目标,主要研究结果如下:(1)苹果蠹蛾卵黄蛋白原基因的分离和启动子的鉴定:应用同源克隆、基因组步移法和RACE技术克隆了苹果蠹蛾雌性特异性高表达的卵黄蛋白原基因CpVg;采用实时荧光定量RT-qPCR技术在mRNA水平研究CpVg在不同发育阶段和不同组织间的表达谱,结果表明CpVg是雌性特异性高表达基因,该基因在雌性血淋巴中的表达量显著高于其他组织;根据基因组数据信息分离到CpVg上游调控序列,应用BDGP和JASPAR等软件预测转录起始位点和顺式作用元件;采用DNA片段缺失的方法,成功构建了 6个系列缺失的苹果蠹蛾CpVg基因启动子双荧光素酶报告基因重组质粒,并证实-1306nt~+51 nt为CpVg基因的核心启动子区域。(2)苹果蠹蛾胚盘细胞分裂基因的分离和启动子的鉴定:应用PCR方法和RACE技术克隆了苹果蠹蛾胚胎期高表达的胚盘细胞分裂基因CpSry-a;Cpry-a在不同发育阶段和不同组织间的表达谱结果证实了该基因在胚胎发育早期高表达的特性,CpSry-a在雌性血淋巴和雄性脂肪体中的表达量显著高于同性别的其他组织;根据基因组数据信息分离到CpSry-a上游调控序列1542 bp,并预测了转录起始位点和顺式作用元件;采用DNA片段缺失的方法,成功构建了 5个系列缺失的苹果蠹蛾CpSry-a基因启动子双荧光素酶报告基因重组质粒,并证实-309nt~+105nt为CpSry-a基因的核心启动子区域。(3)苹果蠹蛾热激基因启动子的鉴定:为了在苹果蠹蛾中鉴定能够受温度调控的驱动效应基因在各组织中广泛表达的强启动子元件,采用反向PCR方法克隆苹果蠹蛾Cphsp 70-1基因上游调控序列1707 bp;根据转录起始位点和顺式作用元件的预测结果,采用DNA片段缺失的方法,成功构建了 4个系列缺失的苹果蠹蛾Cphsp70-1基因启动子双荧光素酶报告基因重组质粒,并证实-994 nt~+49 nt为Cphsp70-1基因的核心启动子区域。(4)苹果蠹蛾显性致死基因的鉴定:通过常规PCR方法和RACE技术克隆了苹果蠹蛾细胞凋亡效应蛋白酶基因CpCasp1,凋亡起始蛋白酶CpCasp4-1和CpCasp 4-2,三个基因的氨基酸序列分别包含Caspase家族的两个功能域CASc结构域和Peptidase_C14;三个基因在不同发育阶段的表达谱表明CpCasp 1在苹果蠹蛾的发育转变阶段表达量是显著升高的,表明CpCasp 1在发育过程的凋亡中发挥重要作用。CpCasp 4-1和CpCasp 4-2均表现出雌雄虫表达的特异性,即仅在雄性的某些发育转变阶段出现表达量的显著性变化;三个凋亡酶基因的表达谱显示出组织表达的特异性,在血淋巴和脂肪体中表达丰富;适量UV照射可以上调CpCasp4的表达,却负向影响CpCasp 1;RNAi对5龄幼虫CpCasp的沉默效果不显著。综合分析氨基酸序列分析结果、在发育阶段中的凋亡作用,以及其他物种中能够发挥凋亡作用的基因种类,最终确定将凋亡效应酶CpCasp1用作载体改造的效应元件。(5)苹果蠹蛾遗传修饰转化载体的构建:在获得上述雌性特异性高表达基因和胚胎发育早期高表达基因的启动子元件的基础上,构建苹果蠹蛾雌性特异性致死和胚胎早期发育致死的驱动载体。以地中海实蝇驱动载体KNE006为基础载体,分别构建由CpVg、CpSry-a和Cphsp70-1上游核心调控元件驱动tTA表达的驱动载体Cp-Vg-driver、Cp-Sry-driver和Cp-hsp-driver;以效应载体AH426为基础载体,利用CpCasp1基因构建效应载体CpCas1-Effector。转化载体的构建为最终获得苹果蠹蛾遗传转化致死品系提供必备的科学材料。
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