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我国是世界上农作物害虫发生最严重的国家之一,害虫的种类已经超过300多种,其中重大害虫有30余种,自上世纪90年代以来,棉铃虫、甜菜夜蛾、东亚飞蝗、斜纹夜蛾等重大害虫相继爆发,其危害造成的年均损失超过100亿元.大量化学杀虫剂曲使用并没有彻底消灭害虫,反而使害虫越来越猖獗,采取传统的单一杀虫剂控制害虫因此变得越来越困难。一些难于降解的化学杀虫剂不但增加了害虫的抗药性,还导致了自然环境的污染和农作物食品安全等问题。随着和谐社会的发展,环保和健康意识深入人心,因此,通过找到能起调控作用的靶基因从而调控害虫的生长发育将成为害虫防治的主要手段。如今,模式昆虫例如家蚕、黑腹果蝇以及冈比亚安蚊等的全基因组图谱已经完成,发现越来越多和昆虫发育和能量代谢有关的基因,这些基因可能将成为控制害虫的新靶标.海藻糖代谢作为昆虫新陈代谢中十分重要的途径,海藻糖酶成为最近研究中较为热门的靶标。斜纹夜蛾是农作物为害极大的杂食性害虫,由于它对多种化学杀虫剂都有较强抗性,因此通过对其发育代谢相关基因的调控来代替普通化学杀虫剂作为防治的手段,为寻找新型有效的害虫防治方法奠定有力基础。
本论文以斜纹夜蛾为研究对象,首先对两种海藻糖酶(Trehalase,简称Treh)基因进行克隆,后对两种海藻糖酶进行序列分析和蛋白质比对分析,其次利用Northern blotting杂交的技术结合半定量RT-PCR研究海藻糖酶(Treh1和Treh2)的组织分布和发育表达模式,即Treh1和Treh2基因的特性比较分析,探索它们之间的联系;推断它们是如何从组织水平和发育水平调控海藻糖代谢途径的。并初步探究Treh1和Treh2基因功能和特性差异.研究结果如下:
1.通过PCR技术,克隆了两种斜纹夜蛾海藻糖酶基因Treh1和Treh2的全长cDNA.Treh1基因(GU211891)cDNA长度为2341bp,开放阅读框为1758bp,编码585个氨基酸序列.预测的相对分子量大小约为67.07kDa,蛋白质等电点p1为4.86.Treh2基因(GU211890)cDNA长度为2325bp,开放阅读框为1938bp,编码645个氨基酸序列。预测的相对分子量约为73.62 kDa,蛋白质等电点pI值为5.90.多重Treh蛋白质序列比对揭示了高度的保守性,特别是在假定的催化结构域中。斜纹夜蛾Treh1有六个潜在的N-糖基化位(51aa,66aa,77aa,213aa,240aa和336aa),斜纹夜蛾Treh2拥有四个点(49aa,261aa,331aa和337aa)。斜纹夜蛾Treh2与其他昆虫的海藻糖酶表明,它包含两个海藻糖信号基和一个假定的跨膜域(585aa-607aa),而Treh1没有该结构。昆虫中,Treh1和Treh2基因的同源性很低,而相同基因不同物种之间的同源性较高,斜纹夜蛾的Treh基因与鳞翅目的草地夜蛾和甜菜夜蛾最近,其同源性分别为:92%和83%。而与斑马鱼、人体虱和玻璃海鞘的同源性相对较低,分别为:39%、39%和36%。斜纹夜蛾Treh1与草地夜蛾,甜菜夜蛾,墨尔波墨釉蛱蝶,家蚕和竹长蠹的同源性较高,分别为92%,83%,56%,58%和58%。
2.通过Northern blotting杂交技术结合半定量RT—PCR研究了斜纹夜蛾Treh1和Treh2在6种组织中的表达分布情况,结果表明Treh1和Treh2基因在不同组织中的表达存在明显差异,表明Treh1和Treh2基因在斜纹夜蛾的生命活动中可能行使不同的功能。
3.通过Northern blotting杂交技术研究了斜纹夜蛾Treh1和Treh2基因在不同龄期的发育表达。结果表明斜纹夜蛾Treh1在预蛹期的脂肪体中高度表达,而Treh2在6龄末期到化蛹期的脂肪体内均匀表达.在取整体斜纹夜蛾为材料的发育表达结果中Treh1和Treh2在三龄幼虫期都呈现出高表达。Treh1 mRNA在2龄幼虫day-1高表达,而Treh2在2龄幼虫day-2和4龄幼虫day-1和day-2中高表达。该结果证明Treh1和Treh2在斜纹夜蛾发挥的功能有差异,在蛹期脂肪体中Treh2表达量高于Treh1,这表明在斜纹夜蛾发育后期Treh2为主要参与海藻糖代谢途径的酶。