梨小食心虫几丁质合成酶2基因的克隆与表达研究

【目的】研究梨小食心虫Grapholitha molesta(Busck)几丁质合成酶2(GmCHS2)基因序列和表达特性,为进一步研究其功能及新型杀虫剂的开发提供理论依据。【方法】利用转录组数据和RACE技术首次获得GmCHS2基因cDNA序列(命名为GmCHS2,GenBank登录号为KY242360),利用其他昆虫同源序列构建系统发育树,利用实时荧光定量PCR技术研究GmCHS2在不同发育阶段和不同组织的表达特性。【结果】GmCHS2基因序列全长4991bp,开放阅读框为4554bp,其中5′端非编码区长267bp,3′端非编码区长170bp,共编码1517个氨基酸,包含了14个跨膜螺旋。系统发育树结果表明该基因属于几丁质合成酶2类基因。GmCHS2基因在试虫不同发育阶段都有表达,预蛹期和成虫期表达量最高;不同组织中,前肠和中肠的表达量最高,其次是后肠,其余组织表达量很少或不表达。【结论】本文研究了GmCHS2基因在梨小食心虫不同发育阶段和组织部位的表达特性,该基因可能在梨小食心虫生长发育过程中具有重要作用。     

梨小食心虫几丁质合成酶1基因的克隆与表达分析

【目的】克隆梨小食心虫Grapholitha molesta(Busck)几丁质合成酶1基因,分析该基因的分子特征及时空表达模式,为探析其生理功能奠定基础。【方法】利用简并引物和RACE技术从梨小食心虫5龄幼虫和蛹中克隆几丁质合成酶1基因的全长c DNA序列,同时获得其两个可变剪切外显子序列,并用邻接法(neighbor-joining method)与其他昆虫同源序列构建系统进化树。利用RTq PCR技术研究该基因及两个可变剪切外显子在1日龄预蛹不同组织(头、体壁、脂肪体、中肠、气管和马氏管)中以及不同发育阶段(2-5龄幼虫、预蛹、蛹和成虫)的表达特性。【结果】克隆获得梨小食心虫几丁质合成酶1基因,将其命名为Gm CHS1,该基因编码1 565个氨基酸,包含了16个跨膜螺旋,两个可变剪切外显子包含177个碱基,编码59个氨基酸序列,分别命名为Gm CHS1a(Gen Bank登录号:MF000781)和Gm CHS1b(Gen Bank登录号:MF000782)。系统发育树同源分析结果表明,Gm CHS1属于几丁质合成酶1,Gm CHS1a和Gm CHS1b分别归属于可变剪切外显子CHS1a和CHS1b。组织表达模式表明,Gm CHS1基因在体壁中表达量最高,其次是在头和气管中,其余组织中表达量较低或不表达;发育表达模式表明,该基因在各个发育阶段均有表达,幼虫蜕皮期、预蛹-蛹和蛹-成虫转变过程中表达量上调。Gm CHS1a在体壁和头部的表达量高于Gm CHS1b,而在气管和脂肪体中的表达量略低于Gm CHS1b,两者在中肠和马氏管中表达量都很低。在梨小食心虫不同发育阶段,Gm CHS1a的表达趋势表现为在幼虫蜕皮和预蛹-蛹转变过程中高表达;Gm CHS1b在幼虫各个阶段表达量都较低,在预蛹-蛹和蛹-成虫转变过程中高表达。【结论】Gm CHS1a和Gm CHS1b属于昆虫几丁质合成酶1家族,其基因在梨小食心虫不同组织及发育阶段的表达量显著不同,推测其在梨小食心虫发育过程中发挥着不同的作用。本研究为进一步探索该基因在梨小食心虫体内的功能奠定了基础。     

稻纵卷叶螟几丁质合成酶及合成通路相关酶基因的鉴定及表达分析

【目的】稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis(Guenee)是水稻上的四大害虫之一,危害较为严重,近年来以几丁质合成和代谢过程作为害虫防治的标靶研究已成为热点。为阐明几丁质合成酶及合成通路上关键酶的作用,本研究开展了对稻纵卷叶螟几丁质合成酶及合成相关通路上关键酶的克隆及时空表达分析。【方法】本研究基于稻纵卷叶螟转录组,结合PCR及RACE技术,克隆了几丁质合成酶代谢通路上的4条基因的c DNA全长;利用生物信息学软件对序列进行结构预测、序列比对和进化分析;采用实时定量PCR技术研究了4条基因在不同虫态和幼虫的不同组织中的表达情况。【结果】获得了2条几丁质合成酶序列及2条合成通路上的基因序列,包括几丁质合成酶A(Chitin synthase A,CHSA),几丁质合成酶B(Chitin synthase B,CHSB),N-乙酰葡糖胺磷酸变位酶(Phosphoacetylglucosamine mutase,PGM和UDP-N-乙酰葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase,UAP),并分别命名为Cm CHSA、Cm CHSB、Cm PGM和Cm UAP;序列分析显示Cm CHSA序列全长4 868 bp,编码1 564个氨基酸。Cm CHSB序列全长4 651 bp,编码1 525个氨基酸。Cm PGM全长1 934 bp,编码548个氨基酸。Cm UAP序列全长1 837 bp,编码487个氨基酸。实时定量研究表明,Cm UAP和Cm PGM在血淋巴中表达量最高,Cm CHSA在头部和表皮中表达量较高,而Cm CHSB在中肠中表达量最高。【结论】本研究得到了稻纵卷叶螟几丁质合成路径的4个关键酶基因c DNA全长,它们在稻纵卷叶螟的不同组织和虫态中呈现了差异显著的时空表达,本文为进一步探究稻纵卷叶螟的几丁质合成酶的生理功能和几丁质的合成代谢途径奠定了基础。     

棉铃虫HaTO-like基因的克隆、序列分析和表达特征

【目的】克隆和分析了棉铃虫Helicoverpa armigera HaTO-like基因的编码框序列,检测了该基因的时空表达谱以及在棉铃虫感染核型多角体病毒HaSNPV后的转录变化,为深入研究该基因的功能提供理论依据。【方法】本研究利用RT-PCR的方法首次克隆获得HaTO-like基因的全长cDNA序列,通过几种生物信息学软件对该基因的核苷酸序列和氨基酸序列进行了分析,并利用荧光定量PCR技术检测了该基因在棉铃虫不同发育阶段、幼虫组织和成虫组织的表达情况,以及HaSNPV感染对HaTO-like基因表达的影响。【结果】棉铃虫HaTO-like基因cDNA全长为994 bp,开放阅读框为756 bp,编码251个氨基酸,其蛋白序列的N端含有23个氨基酸的信号肽。进一步的序列分析表明棉铃虫HaTO-like与其他昆虫同源蛋白的氨基酸序列一致性不是太高,大概在39%~61%之间,其中与家蚕和脐橙螟在系统进化上关系最近。荧光定量PCR结果表明该基因在棉铃虫的5龄0 h和成虫第1天的的表达量相对较高,在幼虫的头部和表皮内的表达量较其他幼虫组织较高,在成虫的头部和足的表达量也相对较高。而病毒感染则显著地诱导了该基因在棉铃虫幼虫头部和表皮内的表达。【讨论】本研究克隆了棉铃虫HaTO-like基因的全长cDNA序列,分析了该基因的序列特征和表达谱,为进一步阐释该基因的功能奠定理论基础。     

粘虫hsc70克隆及其密度胁迫下的表达模式

【目的】昆虫种群密度的升高往往成为一种胁迫因子。粘虫在低密度下形成散居型,而在高密度下则形成群居型。本研通过比较hsc70在两型粘虫中的表达模式,究旨在探索hsc70在粘虫Mythimna separata响应密度胁迫中的作用。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆粘虫hsc70cDNA全长序列,利用生物信息学软件分析该基因及其编码蛋白质的序列特性;运用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析该基因在两型粘虫不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(头、表皮、前肠、中肠、后肠和马氏管)以及群居和分离处理后mRNA表达量的变化。【结果】克隆得到的HSC70基因命名为Mshsc70(GenBank登录号:MH669276),全长cDNA长2 184 bp,开放阅读框为1 965 bp,编码653个氨基酸。序列分析发现MsHSC70具有HSP70家族典型的结构域,即IDLGTTYS(11-18aa),IFDLGGGTFDVSLL (198-211 aa)和IVLVGGSTRIPKVQQ (341-355 aa)。序列比对结果显示,MsHSC70与斜纹夜蛾Spodopteralitura,棉铃虫Helicoverpaarmigera,大螟Sesamiainferens、甘蓝夜蛾Mamestra brassicae HSC70的相似性高达99%;基于HSC70的系统发育分析显示,粘虫与夜蛾科(Noctuidae)昆虫的亲缘关系最近。Mshsc70在两型粘虫的各个发育阶段均表达,hsc70的表达量在1龄和5龄中的表达量较散居型显著上调,而在2-3龄中的表达量显著下调。除表皮和前肠外,群居型粘虫的其他组织中hsc70的表达量显著高于散居型。散居型粘虫经群聚饲养36h后,hsc70显著上调表达,表达量是对照的3.17倍,而群居型粘虫经分离饲养36 h后,hsc70的表达量与对照无显著差异。【结论】粘虫的种群密度是决定粘虫hsc70表达的一个重要因子。     

粘虫过氧化氢酶基因的克隆与表达分析

【目的】过氧化氢酶(CAT)的主要功能是将过氧化氢分解成水和氧气,从而使生物免受氧化损伤的伤害。本研究旨在探索CAT在粘虫Mythimna separata抗氧化胁迫中的作用。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆粘虫CAT基因的cDNA全长序列和基因组序列,利用生物信息学软件分析该基因及其编码蛋白质的序列特性;运用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析该基因在不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(头、表皮、前肠、中肠、后肠和马氏管)以及毒死蜱、高温和密度胁迫下幼虫中的表达谱。【结果】克隆得到的粘虫CAT基因命名为MsCAT(GenBank登录号:MF737386),其全长cDNA长1 846 bp,开放阅读框为1 602 bp,编码533个氨基酸。序列分析发现MsCAT具有CAT家族典型的结构域,包括一个基部活化位点标签(~(88)FDRERIPERVVHAKGAGA~(105)),一个NADPH结合位点(~(216)VTHQVLYLFGD~(226))和一个亚铁血红蛋白结合位点(~(379)RLFSYSDTH~(386))。DNA序列分析表明,在MsCAT编码区99 bp处插入了一个612 bp的内含子。系统发育分析显示,MsCAT与夜蛾科(Noctuidae)昆虫的亲缘关系最近。MsCAT在粘虫的各个发育阶段和5龄幼虫各组织中均表达,分别在6龄幼虫和幼虫中肠中的表达量最高。取食经1μg/mL毒死蜱处理的玉米叶片24 h后,幼虫体内MsCAT表达量显著上调,但随浓度提高,表达量反而下降;在33~37℃温度处理后,幼虫MsCAT的表达量显著高于对照(24℃),而39℃处理幼虫MsCAT的表达量下调;此外,随饲养密度的增加幼虫体内MsCAT的表达显著下调。【结论】本研究克隆得到的粘虫CAT基因的cDNA全长序列(MsCAT)是可靠的,并且MsCAT在粘虫发育及抗氧化胁迫中具有重要的作用。     

朱砂叶螨几丁质合成酶基因1全长cDNA的克隆与表达分析

【目的】克隆朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus几丁质合成过程中的关键酶几丁质合成酶基因,并检测该基因在朱砂叶螨生长发育不同阶段的相对表达量。【方法】本研究采用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)以及c DNA末端快速扩增(RACE)技术首次克隆获得朱砂叶螨几丁质合成酶基因1的全长c DNA序列(命名为Tc CHS1,Gen Bank登录号为KM242062),并使用实时荧光定量PCR技术首次检测了Tc CHS1基因在朱砂叶螨生长发育不同阶段的相对表达量。【结果】朱砂叶螨Tc CHS1基因的c DNA全长为4 881 bp,包括198 bp的5'非翻译区(5'-UTR),4 425 bp的开放阅读框(ORF),258 bp的3'非翻译区(3'-UTR),开放阅读框编码1 474个氨基酸,预测其蛋白质分子质量约为168.35 ku,理论等电点为6.26。其包含EDR和QRRRW这2个几丁质合成酶基因的标签序列。氨基酸序列同源性分析结果表明:Tc CHS1与其他昆虫该基因编码蛋白的氨基酸序列相似度在50%左右,与二斑叶螨Tetranychus urticae的氨基酸相似度最高(98%),与西方盲走螨Metaseiulus occidentalis的相似度为55%。分子系统进化的结果也表明Tc CHS1与其他昆虫的CHS1聚在一起,并且和二斑叶螨具有最近的亲缘关系。荧光定量分析表明Tc CHS1基因在朱砂叶螨生长发育的不同阶段(卵、幼螨、第1若螨、第2若螨、雌成螨和雄成螨)均有表达,在卵和雌成螨中的表达量较高,在第2若螨的表达量最低。【结论】Tc CHS1基因可能在朱砂叶螨生长发育过程中具有重要作用。     

苹果蠹蛾NAPDH-细胞色素P450还原酶(CPR)基因的克隆及表达模式分析

【目的】本研究通过克隆苹果蠹蛾Cydia pomonella CPR (CpCPR)基因cDNA序列,并对该基因的表达模式进行分析,为深入研究P450酶系在苹果蠹蛾对植物次生物质和杀虫剂解毒代谢过程中的作用提供理论基础。【方法】以近缘昆虫的CPR氨基酸序列作为询问序列,在苹果蠹蛾转录组(SRX371333)中进行筛查比对,获得了苹果蠹蛾CPR(CpCPR)基因的cDNA序列。采用RT-PCR技术克隆目的基因的开放阅读框(ORF)。利用生物信息学软件分析目的基因的序列特征、3D结构和与其他昆虫CPR基因的系统进化关系。采用RT-qPCR技术测定CpCPR基因在苹果蠹蛾不同发育阶段(卵、幼虫、蛹和成虫)及幼虫不同组织部位(头部、表皮、脂肪体、中肠和马氏管)的表达水平。【结果】克隆获得的苹果蠹蛾CpCPR基因的ORF为2 052 bp,编码683个氨基酸残基,预测的蛋白质分子量(Mw)为77.326 ku,理论等电点(pI)为5.65。CpCPR包含FMN区域、NADPH区域和FAD等昆虫CPR的典型特征。系统发育分析表明,苹果蠹蛾CpCPR与鳞翅目昆虫CPR基因聚在一枝。RT-qPCR结果表明,CpCPR基因在苹果蠹蛾的整个发育阶段均有表达,在幼虫期表达量最高;CpCPR基因在4龄幼虫的各部位均有表达,在中肠中的表达量最高。【结论】克隆获得了苹果蠹蛾CpCPR基因的ORF序列,该基因在苹果蠹蛾主要取食阶段和消化器官中高表达,表明其可能在苹果蠹蛾对植物次生物质和杀虫剂解毒代谢过程中扮演重要作用。     

苹果黄蚜细胞色素P450基因AcCYP6CY14的表达及其在抵抗吡虫啉中的作用

【目的】研究苹果黄蚜Aphis citricola细胞色素P450基因AcCYP6CY14的表达及其在抵抗吡虫啉中的作用。【方法】搜索苹果黄蚜转录组数据库,获得细胞色素P450基因AcCYP6CY14的cDNA部分序列,采用RT-PCR技术克隆目的基因cDNA序列全长。利用实时定量PCR(Real-time quantitative PCR,RT-qPCR)技术测定目的基因在苹果黄蚜不同发育阶段的表达水平。采用浸虫法,用浓度为LC30的吡虫啉对苹果黄蚜3龄若蚜进行诱导,RT-qPCR检测吡虫啉诱导不同时间后P450基因的表达情况。利用RNA干扰(RNAi)技术沉默苹果黄蚜3龄若蚜的P450基因,并研究该基因沉默后,苹果黄蚜对吡虫啉的敏感性。【结果】获得苹果黄蚜细胞色素P450基因的cDNA全长序列,为1 542 bp,编码513个氨基酸,命名为AcCYP6CY14(GenBank登录号:MH717248)。研究发现该基因在苹果黄蚜各个发育阶段均有表达,在3龄若蚜中表达量最高。经吡虫啉诱导12 h后,该基因的相对表达量显著高于对照。dsRNA饲喂结果显示,苹果黄蚜取食ds AcCYP6CY14 24 h后,将其转接到新鲜的苹果嫩稍上,24、48、72 h后,该基因的表达量显著下调。沉默该P450基因后,苹果黄蚜对吡虫啉的敏感性极显著升高(P0.01),死亡率提高了65.2%。【结论】克隆得到了苹果黄蚜P450基因AcCYP6CY14的cDNA全长序列,该基因在苹果黄蚜整个生育期均有表达,且在3龄若蚜中表达量最高,推测该基因可能参与了苹果黄蚜对吡虫啉的解毒代谢。     

异色瓢虫过氧化氢酶(Catalase)的基因克隆及序列分析

【目的】克隆异色瓢虫Harmonia axyridis保护酶系中过氧化氢酶(Catalase,CAT)的全长cDNA序列,并分析该基因的基本特性。【方法】采用同源克隆和锚定PCR技术,从异色瓢虫中克隆到HaraxCAT基因的cDNA全序列(GenBank登录号KC991026),并采用生物信息学的相关方法进行了分析。【结果】HaraxCAT的cDNA序列全长1 781 bp,其包含110 bp的3′非编码区域和45 bp的5′非编码区域,可读框长1 626 bp,编码541个氨基酸。预测该基因编码蛋白的分子量为61.55 ku,理论等电点为8.33,包含3个糖基化位点,无信号肽序列和跨膜结构。并且该基因包含了一个长达18个氨基酸的潜在的活性位点序列FDRERIPERVVHAKGAGA和血红素配体信号序列RIFSYGDTH。同源比对不同昆虫的CAT蛋白序列,发现昆虫CAT非常保守,HaraxCAT与其他昆虫的同源性高达65%及以上,与赤拟谷盗Tribolium castaneum同源性最高,达75.25%;系统发育分析表明其与鞘翅目赤拟谷盗和白星金花龟Protaetia brevitarsis亲缘关系最近。【结论】获得异色瓢虫catalase基因的cDNA全长序列,证实昆虫CAT蛋白非常保守。