桔小实蝇核受体家族基因鉴定及BdHR3功能探究

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桔小实蝇(Bactrocera dorsalis)是重要的果蔬检疫害虫之一,其食性复杂,寄主广泛,严重破坏果蔬的食用价值和经济意义。桔小实蝇的生活史包括卵、幼虫、蛹、成虫4个时期。成虫交配后将卵产于寄主果实内,孵化后的幼虫在果实内取食,从而导致果肉腐烂;幼虫老熟后从果实内跳出并钻入土壤寻找适宜场所进入化蛹阶段,待羽化并性成熟后又开始新一轮为害。核受体(Nuclear Receptors,NRs)是一类重要的转录调节因子,它们具有控制胚胎发育、调节细胞分化和维持体内稳态等多种生理功能。尽管NRs在昆虫生长发育中起重要作用,目前关于桔小实蝇NRs的研究仍然是碎片化的。因此,本文利用桔小实蝇基因组和转录组数据筛选核受体家族基因,共获得21个BdNRs。通过系统发育分析和多重序列比对发现,BdNRs可分为NR0~NR6共7个亚家族,各亚家族分别包括3个NR0、5个NR1、6个NR2、1个NR3、1个NR4、2个NR5和1个NR6成员。随后对桔小实蝇BdNRs不同发育阶段(卵、幼虫1、3、5、7、9日龄、蛹1、3、5、7、9日龄和成虫1、3、5、7、9日龄)、成虫不同组织(脂肪体、中肠、马氏管、卵巢和精巢)和幼虫不同组织(中枢神经系统、脂肪体、中肠、马氏管和表皮)进行表达谱系统解析。结果表明,不同发育阶段中,BdTLL在卵期,BdE78在蛹期5日龄,BdHR3和BdHR4在蛹期7日龄显著高表达;成虫不同组织中,BdSVP在雌雄虫脂肪体、BdTLL在雌虫脂肪体和卵巢中高表达;幼虫不同组织中,BdHR38、BdTLL和BdHR51在中枢神经系统,BdSVP和BdEGON在脂肪体,BdHR39在马氏管,BdE75、BdE78、BdHR39、BdHR4和BdSVP在中肠中高表达。通过表达谱我们注意到一关键基因BdHR3,已有文献报道其与昆虫的胚胎发育、化蛹羽化和卵巢发育密切相关。通过RNAi将dsBdHR3显微注射入桔小实蝇4日龄蛹,与对照组相比,处理组试虫羽化延迟、羽化率显著降低且伴随羽化进程困难、畸形等表型,表明BdHR3可能参与调控桔小实蝇的羽化过程。为进一步探究BdHR3生理功能,运用实验室成功建立的CRISPR/Cas9基因编辑技术对BdHR3进行敲除,筛选获得有义突变杂合品系。将突变杂合品系与野生型进行交配,发现杂合品系雌性成虫与杂合品系和野生型品系雄性成虫交配后均出现产卵量和孵化率显著下降,而野生型品系雌性成虫与杂合品系雄性成虫交配后产卵正常;结果表明,BdHR3基因缺失影响了桔小实蝇雌虫卵巢发育。本研究后续未筛选到纯合子,可能是由于纯合导致该基因完全丧失功能致使试虫在卵期死亡。结合黑腹果蝇HR3沉默影响其胚胎发育的表型,可以确定BdHR3参与了桔小实蝇卵巢发育进程,但具体调控机制尚不明确。综上所述,本研究系统鉴定了桔小实蝇核受体家族基因,明确了核受体基因分布情况和表达模式;在此基础上,运用RNAi和CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向关键基因BdHR3,从而对其功能进行了初步探究。本研究结果不仅对后续桔小实蝇其他核受体基因研究提供了指导,还为其他物种核受体家族基因研究提供了一定的参考。
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