Bt Cry1Ac毒素在二点委夜蛾中肠受体蛋白APN基因克隆及功能分析

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二点委夜蛾(Athetis lepigone)是近年来新发现的我国玉米苗期危害较为严重的害虫之一,随着玉米种植面积的不断推广,玉米收割后大量玉米茬的残存,加之二点委夜蛾幼虫隐蔽危害的习性,常规的化学农药发挥杀虫作用效果不佳,因此开展利用病原微生物对二点委夜蛾进行生物防治的研究,成为探索和控制其危害一条科学有效的途径。苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)生物制剂的研制为昆虫的生物防治提供了新的策略。Bt毒素蛋白与昆虫中肠上的刷状缘膜(Brush border membrane vesicles,BBMV)受体蛋白结合,使其中肠的细胞膜上形成孔洞,渗透压失去平衡,导致昆虫死亡。由此看出,Bt毒素蛋白和昆虫中肠的受体蛋白的结合起着极其重要的作用。本实验室前期研究已表明Bt Cry1Ac毒素对二点委夜蛾幼虫具有高毒力,并与昆虫中肠受体氨肽酶N(Aminopeptidase N,APN)APN蛋白特异结合,本论文将进一步开展受体蛋白APN基因的克隆和功能鉴定的研究,为进一步了解Bt毒素作用机理和二点委夜蛾的生物防治提供了理论支持。  本研究以二点委夜蛾为研究对象,利用RACE技术扩增中肠受体蛋白APN全长基因,利用生物信息学软件对APN基因进行序列分析,利用半定量PCR技术检测APN基因在二点委夜蛾不同虫态不同组织幼虫不同龄期的表达量差异,利用RNAi干扰技术验证APN基因功能,主要研究结果如下:  1、利用PCR扩增和RACE扩增获得了二点委夜蛾幼虫中肠APN1和APN5基因的全长序列,这两个基因序列全长分别为3378bp和3140bp,开放阅读框分别为3309bp和2979bp,分别编码1103和993个氨基酸,预测蛋白的等电点分别为4.79和4.82,分子量均为120kDa。推导的APN1氨基酸序列中,N末端含有33个氨基酸组成的疏水性信号肽序列,裂解位点位于33和34位之间(QAV-VS),含有33个O-糖基化位点,2个N-糖基化位点,具有GAMEN保守区,1个典型的GPI中肠受体蛋白结合位点。推导的APN5氨基酸序列中(Genebank登录号:KU950745),N末端含有17个氨基酸组成的疏水性的信号肽,裂解位点位于17和18位之间(IVA-DS),含有31个O-糖基化位点,1个N-糖基化位点,具有GATEN保守区,2个典型的GPI中肠受体蛋白结合位点。二点委夜蛾APN1和APN5基因的同源性较低,为29.3%,与已报道的其他昆虫APN氨基酸序列比对,二点委夜蛾的APN1基因和棉铃虫(Helicoverpa armigera)APN1(GenBank登录号AAK85538)基因同源性最高为52.86%。二点委夜蛾的APN5基因和甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)APN5(GenBank登录号KF900124)基因的同源性最高为68%。  2、利用半定量PCR扩增检测APN1和APN5基因在二点委夜蛾幼虫的不同组织、不同虫态和幼虫不同龄期的表达情况。发现APN1和APN5基因在二点委夜蛾各个发育阶段均可以表达,APN1在四龄和五龄幼虫期表达量略高于前三个龄期,APN5在三龄幼虫期表达量最高而在初孵幼虫期表达量最低,APN1和APN5基因在二点委夜蛾四个不同虫态和幼虫不同组织的表达量没有明显差异。  3、利用siRNA方法检测APN5基因的功能。实验结果表明二点委夜蛾取食含siRNA的饲料后,对Cry1Ac毒素蛋白具有较弱的抗性,死亡率为32%。二点委夜蛾幼虫注射siRNA后对Cry1Ac毒素蛋白具有较强的抗性,死亡率为6.9%;Cry1Ac毒素对注射PBS的二点委夜蛾幼虫具有较高的毒力,死亡率为90.3%,说明siRNA干扰了APN蛋白的表达而影响了Cry1Ac毒素的结合力,说明APN蛋白是Cry1Ac毒素的特异结合蛋白。
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