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昆虫解毒酶在昆虫体内起着解除外内源有毒物质(包括植物次生物质和化学杀虫剂)毒害的作用。当昆虫进食植物时,昆虫解毒酶表达增加并降解或结合有毒的次生物质,使昆虫得以不断危害植物,并影响昆虫对杀虫剂的敏感性。因此,解毒酶在昆虫适应宿主植物食性和对杀虫剂敏感性方面起着重要的作用。斜纹夜蛾(Spodoptera litura)是一种暴食型杂食性农业害虫,关于其体内解毒酶活性变化与不同植物以及杀虫剂间的关系已有不少的报道。但是在基因水平研究解毒酶在斜纹夜蛾植食性的作用机制还没有详细的研究报道。本研究以斜纹夜蛾较喜好的十字花科芥菜和较不喜好的伞形科芫荽为材料,对我们在斜纹夜蛾中肠蛋白组学中发现的一个可能在斜纹夜蛾与植物关系中起重要作用的GST同工酶(S1GSTE1)进行详细的作用机制和功能的研究。研究结果如下:
(1)当斜纹夜蛾进食十字花科蔬菜水东芥菜(Brassicajuncea Coss.var.foliosa Bailey)72h后,与对照相比,斜纹夜蛾中肠GST对标准底物1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)的活性提高了4.3倍,谷胱甘肽过氧化物酶活性提高了3.87倍,细胞色素P450氧化酶活性与酯酶活性分别只提高了0.81倍和0.94倍。结果暗示GSTs是斜纹夜蛾中肠中解除芥菜次生物质毒害以及芥菜次生物质引起的氧胁迫的主要解毒酶。
(2)芥菜(B.juncea)中的次生物质烯丙基异硫氰酸酯和吲哚-3-甲醇能引起斜纹夜蛾中肠Slgstel在mRNA水平和蛋白水平显著地上调表达,吲哚-3-甲醇的诱导作用比烯丙基异硫氰酸酯更显著。蛋白双向电泳分析也证实Slgstel在蛋白水平随着芥菜喂食时间的延长而表达显著增加。组织定位分析显示S1GSTE1专一地在斜纹夜蛾的肠道中上调表达。结果表明Slgstel是斜纹夜蛾中肠防御芥菜次生物质的重要解毒酶基因。
(3)重组蛋白S1GSTE1对芥菜中一种主要的次生物质烯丙基异硫氰酸酯具有较高的代谢活性,比活力为1.99±0.69μmol/mg/min；其过氧化物酶活性为3.04±0.38μmol/mg/min。结果表明S1GSTE1以其在斜纹夜蛾中肠中的高表达和较高的解毒酶活性在斜纹夜蛾侵食十字花科植物中发挥重要的作用。
(4)斜纹夜蛾细胞株RN Ai实验表明Slgstel是保护斜纹夜蛾细胞免受芥菜次生物质毒害的关键基因。
(5)不同类型植物次生物质对Slgstel诱导表达量的不同和S1GSTE1对不同类型植物次生物质代谢活性的高低差别可能是影响斜纹夜蛾对植物喜食程度不同的原因之一。
(6)不同种类的化学杀虫剂能诱导斜纹夜蛾细胞株Spli-221中Slgstel在mRNA水平的上调表达。体外的酶活抑制实验显示重组蛋白S1GSTE1对不同种类化学杀虫剂都具有代谢活性。结果表明Slgstel可能参与斜纹夜蛾对多种化学杀虫剂的防御作用。
(7)不同植物次生物质对S1GSTE1诱导表达量的不同可能是影响斜纹夜蛾对杀虫剂具有不同敏感性的原因之一。