小菜蛾对Bt抗性的分子机理研究

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苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是目前世界上用途最广、产量最大的微生物杀虫剂,在世界范围内得到广泛的应用。编码Bt杀虫蛋白的基因也被作为最主要的杀虫基因转入到了多种重要的粮、棉和蔬菜作物中,在害虫防治中起着重要作用。小菜蛾(Plutella xylostella (L.))是十字花科蔬菜的主要害虫,也是至今唯一在田间发现已对Bt产生抗性种群的害虫。 本论文就我国田间小菜蛾种群对Bt毒素和制剂的抗性测定、对室内培养的对Bt产生高度抗性的小菜蛾品系从生物化学和分子水平对其抗药性机制进行了研究,这将加速小菜蛾对Bt毒素抗性基因的研究,从而更深入更广泛的揭示小菜蛾对Bt毒素的抗性机制,为延长Bt的使用寿命,有效治理小菜蛾对Bt的抗性提供理论依据。主要结论如下: 1.测定了我国十字花科蔬菜种植较密集的具有代表性的六个省市田间小菜蛾种群对Bt毒素 Cryl Ac和CrylBa和IBt制剂(Bacillus thuringiensis vat.kurstaki,Btk)的抗性现状,测定结果显示:广东田间种群对毒素CrylAc 和Btk抗性最高,分别为56.15和21.90倍,其次为上海、湖南、山东和浙江田间种群,湖北田间种群对毒素CrylAc和Btk较敏感;六个田间种群小菜蛾对毒素CrylBa均显示较为敏感; 2.对毒素CrylAc抗性品系和敏感品系小菜蛾中肠的氨肽酶N(APN)和碱性磷酸酶(ALP)活性进行测定,结果显示APN在抗性品系小菜蛾中肠活性较高,而ALP在抗性品系小菜蛾中肠活性较低;两种酶在中肠不同部位的活性分布也是不一样的,APN活性在中肠中部较高,两端较低;而ALP活性在中肠分布则相反,中部较低,末端较高; 3.在国内外首次完成了对毒素CrylAc抗性和敏感的两个品系的小菜蛾中肠类钙粘蛋白基因的克隆并比对分析该基因的核苷酸序列。结果表明,小菜蛾类钙粘蛋白基因全长由5747 bp核苷酸序列组成,开放阅读框为5148 bp,编码1716个氨基酸。对毒素CrylAc抗性品系小菜蛾中肠类钙粘蛋白基因进行克隆和分析,与敏感品系相比,核苷酸突变点有113个,6个插入碱基,3个缺失碱基; 4.利用生物信息学软件对克隆基因推导的氨基酸序列进行了理化性质分析和结构预测。分析结果显示,这个蛋白是一跨膜糖蛋白,细胞外区域包括多个串连的重复序列,每个重复有约110个氨基酸残基。从位于细胞外N端至位于细胞质C 端依次是:一段N端信号肽序列,11个重复子,2个信号识别位点,一个近膜区,一个由22个氨基酸残基构成的跨膜区和一个较小的胞质区,存在典型的钙粘蛋白的结构特征;对毒素CrylAc抗性品系小菜蛾相对于敏感品系,比对显示该基因存在31个氨基酸不同,2个氨基酸缺失,但结构扫描分析,两者结构上都存在典型的钙粘蛋白的结构特征,不存在明显差异: 5.基于克隆的小菜蛾类钙粘蛋白基因序列,构建优化的半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR方法,研究小菜蛾不同发育阶段、不同品系中肠类钙粘蛋白基因的表达差异。结果表明,类钙粘蛋白基因在mRNA水平的表达量随着虫龄的增长而增长,4龄时达到最大,小菜蛾化蛹后,该基因表达量显著下降;对毒素CrylAc抗性和敏感品系小菜蛾中肠中该蛋白基因表达量显示敏感种群比抗性种群的表达量略高,但方差分析,两者差异不显著。
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