小菜蛾转录组分析和免疫玫烟色棒束孢相关基因的功能

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kanhyou2009
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玫烟色棒束孢Lsaria fumosorosea(Wize)是一种常见的重要昆虫病原真菌,在自然界分布广泛,可用来防治多种害虫。为了研究小菜蛾抵抗玫烟色棒束孢侵染的分子机制,本研究测定了小菜蛾的转录组序列,并用数字化基因表达谱技术来筛选玫烟色棒束孢侵染后小菜蛾的差异性表达基因。采用RT-PCR结合RACE技术获得目标基因的全长序列,利用荧光定量PCR和半定量PCR对其表达模式进行了分析,利用RNAi技术研究其对小菜蛾抵抗玫烟色棒束孢侵染的影响。构建了表达载体,表达并纯化了目的蛋白,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术对其抗菌活性和机制进行了研究,主要研究结果如下:  1.小菜蛾转录组序列的测定:收集小菜蛾1龄到4龄幼虫,预蛹、蛹、成虫,抽取总RNA后进行利用RNA-seq技术测定其转录组序列,共测定了34,522,812条cleanreads,reads平均长度为90bp,获得3,107,053,080个碱基。最后组装成107710个Unigene,长度范围为200-3000bp。将获得的序列用BLASTX与NCBI非冗余核酸序列数据库进行比较(E值为10-5),结果表明13.9%的序列与数据库中序列相似度高于80%,其余86.1%的序列相似度分布于15%到80%,和其他物种序列比对结果表明与黑脉金斑蝶(Danaus plexippus)匹配度最高,为25.1%,其余依次为赤拟谷盗(Triboliun castaneum)、家蚕(Bombyx mori)、冈比亚按蚊(Anopheles ganbiase)、蝶蛹金小蜂(Nasoniavitripennis)、印度跳蚁(Harpegnathos saltator)、切叶蚁(Acromyrmex echinatior)。COG、GO、KEGG注释和分析后共获得68984条具较高注释可信度的Unigene,与昆虫免疫直接相关的Unigene725条。  2.差异表达基因的筛选:采用浸虫法处理小菜蛾后测定了玫烟色棒束孢胁迫下的小菜蛾的数字基因表达谱,共筛选到1317条表达量上调基因,和1767条表达量下调的基因,转录组测序所获得的725条免疫类相关的Unigene在玫烟色棒束孢侵染情况下有158条表达上调,81条表达下调,上调和下调基因在小菜蛾免疫过程中的识别,信号调制和扩大、细胞间信号转导、以及效应系统等过程均有分布,表明小菜蛾对棒束孢的抵抗作用需要免疫系统的综合作用。最后我选择了Lysozyme和Cecropins2两个的gene来进行深入研究。  3.Lysozyme基因的功能:采用RT-PCR克隆结合RACE技术获得了小菜蛾Lysozyme的全长序列。荧光定量PCR检测,揭示PxLys基因主要在免疫相关器官如,脂肪体、中肠中表达。此外该基因还具有发育阶段表达特异性,预蛹和蛹期表达量上调。在遭遇微生物侵染时,脂肪体能合成并向血淋巴中分泌PxLys蛋白。玫烟色棒束孢侵染后8小时左右表达量就明显升高32小时左右到达最高峰,约为35倍左右,之后随着虫子的死亡表达量开始下调在濒临死亡的小菜蛾中检测不到其表达。利用RNAi下调PxLys基因的表达可以降低小菜蛾对玫烟色棒束孢的抵抗力,表明PxLys在小菜蛾抵抗玫烟色棒束孢侵染中具有重要作用。其生物活性研究表明对革兰式阳性具有较好的抑菌效果,对革兰氏阴性菌几乎无效果。扫描电镜观察,没有发现其对玫烟色棒束孢和绿僵菌菌丝生长的影响,推测可能是该基因在小菜蛾抵抗玫烟色棒束孢侵染过程中的作用并不是直接杀菌或是抑制菌丝生长4.Cecropin2基因的功能:获得了小菜蛾Cecropin2的全长序列,应用半定量RT-PCR检测表明,PxCec2在预蛹期以外各个龄期表达量都较低,主要表达部位脂肪体,中肠、表皮、血细胞和马氏管中也有表达,水平都较低。在玫烟色棒束孢侵染后8-48小时内其表达量都处在一个较高的水平,表明该基因在小菜蛾抵抗玫烟色棒束孢的侵染中产生积极作用。抗菌活性测定表明PxCec2蛋白能够引起大肠杆菌和金黄色葡萄球菌细胞壁和细胞膜的破碎,导致内容物外泄,菌体变形、死亡。用扫描电镜观察Cecropin处理对真菌菌丝的影响发现,其能够导致菌丝皱缩、干瘪、凹陷、扭曲、畸形,破坏细胞壁使内容物外泄等从而导致菌丝生长被抑制。  本研究大大补充了小菜蛾的生物信息数据,对其抵抗玫烟色棒束孢侵染分子机制进行了初步研究,也为小菜蛾的生物防治和新的农药靶标的筛选提供了新的理论和数据支持。
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