飞蝗几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能

【目的】几丁质脱乙酰基酶(chitin deacetylase,CDA)是昆虫几丁质代谢系统的重要酶系,研究飞蝗(Locusta migratoria)几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能,为新型农药靶标筛选提供科学依据。【方法】基于飞蝗转录组数据库,获得几丁质脱乙酰基酶基因的c DNA序列,将其与飞蝗基因组进行比对,绘制基因结构图。将其与赤拟谷盗CDAs序列进行比对,并采用Blast P和SMART软件进行功能域预测。将已鉴定的飞蝗CDAs分别与赤拟谷盗、果蝇、冈比亚按蚊、家蚕、中华稻蝗和云杉卷叶蛾的同源序列进行聚类分析,采用MEGA 5.02软件中的neighbor-joining(NJ)法构建系统发育树。采用reverse transcription quantitative PCR(RT-q PCR)方法检测分析CDA在飞蝗5龄若虫不同组织部位和不同发育日龄表皮中的表达特性,进一步采用RNA干扰(RNAi)技术研究其对飞蝗蜕皮发育的影响。采用化学检测法测定其几丁质含量。利用透射电镜(TEM)观察其对表皮几丁质排列的影响。【结果】在飞蝗转录组数据库中搜索获得3条几丁质脱乙酰基酶基因全长c DNA序列,生物信息学分析发现其均具有信号肽,开放阅读框包含几丁质结合区(Ch BD)和几丁质脱乙酰基催化域(CDA)2个功能域。与赤拟谷盗CDAs序列比对结果表明飞蝗2条CDAs部分序列存在差异,且与赤拟谷盗Tc CDA5的2个剪切子差异序列位置一致,显示2条序列为2个剪切子。聚类分析结果表明,3条序列分别与6种昆虫CDA4和CDA5以较高的置信度聚为一支。分别将其命名为Lm CDA4、Lm CDA5a和Lm CDA5b。不同组织部位表达结果表明Lm CDA4和Lm CDA5在飞蝗前肠、后肠和表皮中高表达,Lm CDA5在脂肪体中也有较高的表达;CDAs在5龄不同天数表皮表达结果显示Lm CDA4和Lm CDA5在5龄第1和第2天的表皮中表达量较高,之后逐步下降。注射ds Lm CDA4或ds Lm CDA524 h后,与对照组相比,基因表达量显著降低,沉默效率达到98.1%和95.6%,但均无可见表型,都可正常蜕皮至成虫。几丁质含量和透射电镜分析显示,上述基因RNAi后不影响表皮几丁质含量及排列。【结论】飞蝗几丁质脱乙酰基酶4和5基因主要在飞蝗表皮和前/后肠表达,生物学功能研究表明这2个基因不参与飞蝗蜕皮发育过程,靶基因沉默对飞蝗生长发育及表皮结构无影响。