桔小实蝇JH信号通路BdTaiman基因生理功能研究

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桔小实蝇是一种危险性的果蔬害虫,其寄主范围广,造成的经济损失严重。由于极强的环境适应和扩散入侵能力,桔小实蝇被多个国家和地区列为检疫性害虫,对国际贸易造成了诸多限制。因此一些昆虫学家和生物学家认为桔小实蝇是世界上最重要的农业害虫之一。桔小实蝇一生历经卵、幼虫、蛹、成虫四个发育阶段,其成虫将卵产于果实内部,幼虫潜居果瓤内部取食危害,造成果实腐烂或落果。桔小实蝇田间防控以杀虫剂为主,但由于杀虫剂的广泛不合理使用,其抗药性发展迅速。目前,桔小实蝇已成为我国果蔬产业健康发展的巨大威胁。因此寻获桔小实蝇防控的新靶标显得尤为迫切!  本学位论文以桔小实蝇为研究对象,基于基因组和转录组数据库信息,运用RT-PCR技术,克隆获得保幼激素信号通路基因Taiman 开放阅读框,并对该基因5 条可变剪切体特征序列进行了注释;利用 qPCR 技术,解析了桔小实蝇 Taiman基因5条可变剪切体的时空表达模式以及外源激素烯虫酯Methoprene对Taiman的表达调控模式;在此基础上,利用RNAi技术,运用dsRNA和siRNA相结合特异性干扰Taiman表达,探究了其在桔小实蝇生长发育中承担的生理功能。此外,成功构建了桔小实蝇BdTaiman、BdMet基因基于双杂交载体pACT和pBIND的真核表达载体pACT-BdTaiman、pACT-BdMet、pBIND-BdMet和pBIND-BdTaiman,为后续转录因子间互作研究奠定了基础。主要研究结果如下:  1 桔小实蝇BdTaiman基因可变剪切体的克隆及序列分析  基于桔小实蝇基因组和转录组数据库信息,克隆获得BdTaiman基因5条可变剪切体 cDNA ,分别命名为 BdTai-A (GenBank 登录号:KY378657), BdTai-B (GenBank 登录号:KY378658), BdTai-C (GenBank 登录号:KY378659), BdTai-D (GenBank 登录号:KY378660)和 BdTai-E (GenBank 登录号:KY378661)。利用DNAMAN软件,推导出5条可变剪切体编码的氨基酸序列,同时通过TMHMM、SignalP 4.1等生物信息学软件分析了BdTaiman的特征序列。  2 桔小实蝇BdTaiman基因可变剪切体的表达模式解析  利用qPCR技术解析了5条可变剪切体在桔小实蝇幼虫发育阶段的表达模式。结果表明,BdTaiman 可变剪切体在桔小实蝇幼虫各阶段有不同程度表达。其中, BdTaiman-A和B在幼虫前期表达量较高;与其他可变剪切体相比,BdTaiman-D在幼虫中后期表达量高;此外,BdTaiman-E与BdTai-core表达量基本一致。上述表达模式差异暗示这些可变剪切体在桔小实蝇幼虫发育中具有不同功能。进一步研究表明,点滴法施加烯虫酯导致BdTaiman可变剪切体表达量均上调。在桔小实蝇成虫中,BdTaiman 在脂肪体和卵巢中表达量较低,而在马氏管及中枢神经系统中高量表达。  3 桔小实蝇BdTaiman基因的生理功能  进一步利用RNAi探究了BdTaiman基因在桔小实蝇生长发育中的功能。通过RNAi成功干扰BdTaiman,处理组幼虫提前化蛹,同时下游BdKr-h1基因表达量下降,表明BdTaiman基因通过参与桔小实蝇JH信号通路转导阻止幼虫变态。通过合成特异性siRNA,成功沉默BdTaiman-E后,幼虫和“小蛹”中均检测到BdKr-h1基因下调,同时出现和注射dsTai-core后一致的表型,即幼虫化蛹提前,同时出现“小蛹”现象。干扰其他剪切体不能出现上述表型,表明桔小实蝇幼虫中BdTaiman-E作为主要因子参与JH信号通路转导。造成这种现象的原因可能与BdTaiman-E具有特殊的INDEL-1区域有关。  利用RNAi成功干扰桔小实蝇4日龄成虫BdTaiman表达后,桔小实蝇卵巢发育明显滞后,同时其卵黄合成基因BdVg1和BdVg2表达量下降,说明BdTaiman通过抑制BdVg1和BdVg2表达影响桔小实蝇成虫卵巢的发育进程。  4荧光素酶报告系统中重组表达载体的构建  为研究JH受体Met与Taiman间的互作关系,利用CheckMateTM哺乳动物双杂交系统中提供的pBIND载体和pACT载体,采用双酶切(Not1和Mlu1)和重组技术成功构建了 pBIND_BdMet、pACT_BdMet 和 pBIND_BdTaiman、pACT_BdTaiman等表达载体。
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