苦瓜素Ⅰ对斜纹夜蛾几丁质酶基因(SlCht)和几丁质合成酶基因(SlCHS-A)表达及其生长发育的影响

【目的】几丁质酶和几丁质合成酶对昆虫的变态发育极其重要。本研究旨在阐明苦瓜素Ⅰ对斜纹夜蛾Spodoptera litura几丁质酶和几丁质合成酶基因表达及其生长发育的影响。【方法】利用RT-qPCR检测斜纹夜蛾几丁质酶基因(SlCht)和几丁质合成酶基因(SlCHS-A)在斜纹夜蛾不同发育阶段(卵、幼虫、预蛹、蛹和成虫)和4-6龄幼虫不同组织(体壁、中肠、脂肪体、血细胞、头部和马氏管)中的表达水平以及注射苦瓜素Ⅰ溶液(4 μg/头) 24, 48和72 h时斜纹夜蛾SlCht和SlCHS-A在6龄幼虫各组织中的表达水平。分析在斜纹夜蛾4龄幼虫中注射不同浓度(31.25, 62.5, 125, 250和500 ng/头)的苦瓜素Ⅰ溶液对幼虫和蛹历期、幼虫增重、蛹重、蛹长度、化蛹率、羽化率和存活率的影响,并利用体视显微镜观察斜纹夜蛾幼虫的表型变化。【结果】SlCht和SlCHS-A在斜纹夜蛾中的表达具有发育阶段特异性。SlCht和SlCHS-A在卵期表达量最高,幼虫期和预蛹期的表达量较低;在各幼虫期又表现为6龄幼虫期表达量最高,在其他龄期的表达量低。SlCht和SlCHS-A在斜纹夜蛾6龄幼虫中也显示出组织特异性表达,在血细胞和体壁中高表达,在头部、中肠和脂肪体中低表达。在斜纹夜蛾6龄幼虫中注射苦瓜素Ⅰ能诱导SlCht和SlCHS-A在其各组织中表达量降低;在4龄幼虫中注射苦瓜素Ⅰ后,斜纹夜蛾的生长发育受到抑制,幼虫增重延缓,发育历期延长,化蛹率下降甚至化蛹失败,幼虫及蛹出现较高的畸形率。【结论】苦瓜素Ⅰ可通过诱导SlCht和SlCHS-A表达量的降低来实现对斜纹夜蛾生长发育的抑制作用。本研究为进一步阐明苦瓜素对斜纹夜蛾生长发育的抑制机制提供了新的理论基础,并为进一步应用苦瓜素Ⅰ进行防控奠定了基础。     

小菜蛾整合素integrin β1基因的克隆及其功能分析

整合素(Integrin)是一种由α和β亚基组成的跨膜异二聚体蛋白,在昆虫血细胞对外物的包囊过程中起着重要的作用。为阐明integrinβ1参与小菜蛾Plutella xylostella体内细胞免疫中的功能,本研究利用RT-PCR结合RACE技术克隆了小菜蛾integrinβ1基因的cDNA全长序列,命名为PxIntβ1(Gen Bank登录号GQ178290)。小菜蛾PxIntβ1的cDNA全长序列为2 832 bp,开放阅读框为2 487 bp,编码828个氨基酸,成熟的氨基酸序列中有一个跨膜区和一个integrin亚基。系统进化树显示小菜蛾PxIntβ1与亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis整合素的同源性最高,两者同源性达到78%。利用半定量RT-PCR技术检测PxIntβ1基因在小菜蛾不同发育历期(卵、1-4龄幼虫、蛹、成虫)、不同组织(血细胞、体壁、脂肪体、中肠、马氏管)和细菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌混合菌液)诱导下的表达模式。半定量结果表明小菜蛾PxIntβ1基因在小菜蛾整个发育历期除了卵之外都有表达,4龄幼虫转录水平最高,在血细胞中特异性的高表达,混合细菌诱导2-48 h后,PxIntβ1基因在小菜蛾诱导后24 h达到诱导表达高峰。为了进一步获得重组蛋白PxIntβ1,本研究构建了原核表达质粒pET-32a-PxIntβ1,融合蛋白在大肠杆菌Eschericha coli BL21中获得高效表达,Ni-NTA一步纯化了融合蛋白,并免疫新西兰大白兔,获得了多克隆抗体anti-PxIntβ1。SDS-PAGE电泳和Western blot分析结果表明,His抗体和多克隆抗体anti-PxIntβ1能特异性识别融合蛋白PxIntβ1;进一步利用显微镜观察了小菜蛾血细胞对凝胶珠Sephadex-A25的包囊情况,结果表明抗血清anti-PxIntβ1处理过的小菜蛾血细胞对Sephadex-A25凝胶珠的包囊作用受到明显抑制,重组蛋白PxIntβ1可以提高小菜蛾血细胞对Sephadex-A25凝胶珠的包囊作用;以上研究结果表明小菜蛾PxIntβ1在小菜蛾细胞免疫中起着重要的作用。     

斜纹夜蛾GNBP1基因的克隆及诱导表达模式的研究

革兰氏阴性结合蛋白(Gram-negative bacteria binding proteins,GNBPs)是昆虫天然免疫系统中的一类重要模式识别受体,在识别病原微生物表面的相关分子模式中发挥着重要作用。为了解模式识别蛋白GNBP如何免疫应答病原微生物应激,本研究利用RT-PCR结合RACE技术克隆获得斜纹夜蛾革兰氏阴性结合蛋白GNBP1基因(SlGNBP1)。斜纹夜蛾SlGNBP1基因(GenBank登录号:JF313110)全长cDNA序列为1 448 bp,开放阅读框(ORF)序列长1 302 bp,编码433个氨基酸残基。生物信息学分析序列表明SlGNBP1蛋白序列含有βGRP(β-1,3-glucan recognition protein)家族特有的保守性结构域,即糖苷水解酶活性结构域(Glyco_hydro_16),有3个N-糖基化位点,19个O-糖基化位点,42个磷酸化位点。系统进化树和同源性分析表明斜纹夜蛾SlGNBP1基因与其它鳞翅目昆虫的βGRP1基因的同源性很高,其中,斜纹夜蛾SlGNBP1基因与棉铃虫和柑橘凤蝶的βGRP序列相似度最高,相似度分别为79%和66%,SlGNBP1蛋白序列中有4个保守的半胱氨酸位点,富含12个色氨酸,由于两个葡聚糖酶活性位点突变而失去葡聚糖酶活性。利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测斜纹夜蛾SlGNBP1基因的时空表达模式,结果表明SlGNBP1基因在斜纹夜蛾整个发育历期都表达,其中4龄幼虫表达量最高;组织分布表明SlGNBP1基因在斜纹夜蛾的表皮、脂肪体、中肠、卵巢和血细胞中均有表达,其中脂肪体为主要表达部位。将绿僵菌、玫烟色棒束孢、金黄色葡萄球菌、苏云金芽孢杆菌、大肠杆菌和粘质沙雷氏菌6种病原微生物分别注射4龄斜纹夜蛾幼虫后,对SlGNBP1基因进行mRNA水平检测。RT-qPCR检测表明SlGNBP1在不同诱导时间点与对照相比,均呈现明显上调表达,但诱导程度不同,诱导18-24 h后达到峰值,且SlGNBP1基因对粘质沙雷氏菌最为敏感,与对照相比提高了约100倍。以上结果表明SlGNBP1基因可能在斜纹夜蛾先天免疫应答反应中通过识别病原微生物表面的相关分子模式而发挥作用,可能成为斜纹夜蛾生物防治的新靶标。