草地贪夜蛾与斜纹夜蛾解毒相关基因的比较分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda近期在中国为害猖獗,由于繁殖速度快,迁飞能力强,在本土呈现爆发趋势,严重为害了我国农作物。与本地近缘物种斜纹夜蛾Spodoptera litura相比,草地贪夜蛾更偏好玉米、水稻、小麦等禾本科农作物,且对多种化学杀虫剂及转基因Bt玉米产生抗性。寄主适应性以及杀虫剂抗性与解毒代谢相关蛋白密切相关。因此,本研究对这两种夜蛾科害虫的解毒代谢相关蛋白——细胞色素P450、谷胱甘肽转移酶(GST)及ABC转运蛋白进行了全基因组水平系统的搜集和数目比较,构建系统发育树并对P450和GST部分基因扩张分支进行氨基酸差异位点分析。结果显示,在草地贪夜蛾中共鉴定出213个P450基因、58个GST基因、102个ABC基因,其中P450基因与GST基因数目远远多于斜纹夜蛾(116,37),而ABC基因数目与斜纹夜蛾(99)接近。系统发育树分析表明,草地贪夜蛾P450在CYP6、CYP9以及CYP4功能簇,GST在部分进化分支上都发生了显著基因扩张,发生显著扩张的基因中有数个氨基酸突变,其中一些突变被预测可能影响蛋白质功能。但出乎意料的是,ABC亚家族B和E在斜纹夜蛾聚集成簇并发生了显著的基因扩张现象。以上结果暗示入侵种草地贪夜蛾和本地近缘物种斜纹夜蛾在抗性方面可能发展出各自独特的应对机制。本研究为解析草地贪夜蛾解毒抗性特征机制提供基因数据,为草地贪夜蛾的生物防治及抗性研究提供参考依据。

球囊菌侵染对意大利蜜蜂幼虫肠道免疫与解毒相关基因表达及蛋白质、脂质和糖类含量的影响

【目的】球囊菌Ascosphaera apis是一种真菌性病原体,可以侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica幼虫,导致蜂群患白垩病。本研究通过球囊菌侵染意大利蜜蜂幼虫,探究对意大利蜜蜂幼虫肠道免疫解毒相关基因表达及蛋白质、脂质和糖类含量的影响,分析球囊菌侵染胁迫下意大利蜜蜂免疫应答反应与营养物质的关系。【方法】实验室饲养意大利蜜蜂幼虫,处理组每头3日龄幼虫接种2×106孢子/mL球囊菌,对照组饲喂正常食物;收集6日龄幼虫肠道样品。通过qRT-PCR测定收集的肠道样品中免疫、解毒、发育相关基因和病原基因的表达,并利用生化方法测定肠道样品中蛋白质、脂质、葡萄糖和糖原含量。【结果】球囊菌侵染意大利蜜蜂后,幼虫肠道免疫相关基因LOC406144,Apid1,Def1,Def2,LOC406142,PGRP-SA,Pgrp-s2,PGRP-S3,PGRP-lc,GNBP-1,GNBP3,PPOact,LOC552247,domeless,KAT2A和bsk显著上调表达,cactus显著下调表达;解毒相关基因Cat,GSTS3,Cyp4g11,LOC725294,Ampka-r1,LOC411223,LOC409791,AmNOS和Sod2显著上调表达,CYP6AS14,CPR14,CYP306A1和LOC100576555显著下调表达;发育相关基因usp显著上调表达,VGMC,HEX70b和Vg显著下调表达;病原基因BQCV capsid protein和Ascosphaera apis 28S rRNA表达量显著上升;蛋白质与脂质含量显著下降,葡萄糖与糖原含量显著上升。【结论】球囊菌侵染意大利蜜蜂幼虫后影响其幼虫肠道中免疫、解毒、发育相关基因和病原基因的表达,影响意大利蜜蜂的免疫应答及能量应激反应,加速蛋白质、脂质的流失及葡萄糖和糖原能量储备,影响机体正常的生理活动。

基于转录组的苹小卷叶蛾杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因分析

【目的】建立苹小卷叶蛾Adoxophyes orana转录组数据库,挖掘杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因。【方法】采用Illumina HiSeqTM 2000高通量测序技术对苹小卷叶蛾进行转录组测序,挖掘并分析杀虫剂靶标基因;利用qPCR检测6个杀虫剂靶标基因在苹小卷叶蛾卵、幼虫、蛹和成虫各不同发育阶段的表达;挖掘并分析苹小卷叶蛾转录组中解毒代谢相关基因的代谢通路及进化关系。【结果】通过组装有效序列共获得48 610条unigene(GenBank登录号:GGMW00000000)。挖掘鉴定到155个杀虫剂靶标unigene;qPCR结果显示,1个蜕皮激素受体(ecdysone receptor, ECR)、2个乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)、1个氯离子通道蛋白(chloride channel, CLC)、1个几丁质酶(chitinase, CS)和1个鱼尼丁受体(ryanodine receptor, RyR)基因在苹小卷叶蛾不同发育阶段均存在表达差异。挖掘鉴定到69个羧酸酯酶(carboxylesterase, CarE)unigene、66个谷胱甘肽S-转移酶(glutathion S-transferase, GST)unigene和205个细胞色素P450(cytochrome P450)unigene等解毒代谢相关基因,共鉴定20个CarE unigene, 32个GST unigene和30个P450 unigene与有毒物质代谢相关的通路有关。基于氨基酸序列对具有完整ORF的unigene聚类分析结果显示:12个CarEs中9个为G类,即鳞翅目保幼激素类;分别有10个AoGSTs属于Delta和Epsilon亚家族;18个P450全部聚到CYP3集团。【结论】该研究有助于苹小卷叶蛾杀虫剂靶标基因的挖掘及抗药性的研究。

杀虫剂处理的梨小食心虫转录组测序分析及差异表达解毒酶基因筛选

试验采用药膜法测定阿维菌素、高效氯氟氰菊酯、吡虫啉对梨小食心虫的室内毒性,旨在挖掘与杀虫剂解毒代谢相关基因,为进一步研究梨小食心虫解毒代谢机制奠定基础。根据生物测定结果,分别将3种杀虫剂原药用丙酮稀释至LC_(10)、LC_(30)、LC_(50)浓度,并将健康成虫放入带有杀虫剂薄膜的玻璃瓶24 h,收集存活的成虫,-80℃保存备用。采用Illumina HiSeq 2000进行高通量测序,获得的非重复序列基因(Unigene),使用NCBI比对工具BLAST分别与NR、NT、SWISS-PROT、Pfam、GO、KOG、KEGG数据库进行比对,获得相应的注释信息;进一步采用生物信息学方法筛选差异表达的解毒酶基因。结果表明,从转录组中共获得101873条Unigenes,平均长度为1992 bp,在NR、NT、SWISS-PROT、Pfam、KEGG、KOG、GO数据库比对,分别有57209、39186、43749、46168、46678、42247、27486条Unigene获得注释。阿维菌素、吡虫啉、高效氯氟氰菊酯处理梨小食心虫后差异表达基因分别有825、641、1391个,其中筛选到20个解毒代谢相关基因,包括4个羧酸酯酶基因、5个谷胱甘肽硫转移酶基因和11个细胞色素P450基因。

氟啶虫胺腈对意大利蜜蜂解毒、免疫和记忆相关基因表达的亚致死效应

【目的】新型杀虫剂氟啶虫胺腈广泛用于农业生产中的害虫防治,但其对蜜蜂健康影响的研究较少。本文探究了亚致死剂量的噻虫啉对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica 6种解毒相关基因(CYP9Q1、CYP9Q2、CYP9Q3、CYP9S1、CYP6AS5和CYP4G11)、4种免疫相关基因(Abaecin、Defensin、Hymenoptaeci和Apidaecin)和3种记忆相关基因(PKA、GluRA和NMDAR1)表达的影响。【方法】采用饲喂法确定氟啶虫胺腈对蜜蜂的经口急性毒性;并用1/3 LD50和1/10 LD50氟啶虫胺腈饲喂蜜蜂后48 h,运用荧光定量PCR技术分别检测了蜜蜂脑部解毒、免疫和记忆相关基因的表达变化,并统计各组蜜蜂的死亡率。【结果】氟啶虫胺腈对蜜蜂经口性半数致死剂量LD50为0.099μg/蜂;饲喂1/3 LD50氟啶虫胺腈能够显著抑制蜜蜂Abaecin和Defensin的表达(P <0.05),而PKA、NMDAR1、GluRA、CYP9Q2和CYP9Q3能够被其诱导上调表达(P <0.05);饲喂1/3 LD50和1/10 LD50氟啶虫胺腈均能显著诱导蜜蜂Hymenoptaecin、Apidaecin、CYP6AS5和CYP4G11上调表达(P <0.05)。但饲喂1/3 LD50和1/10 LD50氟啶虫胺腈的处理均不影响蜜蜂CYP9Q1和CYP9S1表达。【结论】氟啶虫胺腈的曝露可能会对意大利蜜蜂的免疫、记忆和解毒系统都有一定的影响,这对深入探究氟啶虫胺腈与蜜蜂之间互作的分子机制有一定生物学意义。

荻草谷网蚜体内杀虫剂抗性相关基因的分析及其功能验证

为了解荻草谷网蚜Sitobion miscanthi体内与杀虫剂靶标和代谢抗性相关的基因信息及其在不同发育阶段的表达情况,通过转录组测序选出不同发育阶段差异性表达的抗药性相关基因,并采用荧光定量PCR和RNA干扰技术对选取的5个抗药性相关基因进行功能验证。结果显示,共获得与杀虫剂靶标和代谢相关基因374个,其中在3龄若蚜体内上调表达基因有129个。CAT-3、CYP6A13-2、CYP4g15-2和nAChRα2-3基因在3龄若蚜、无翅成蚜和有翅成蚜体内的表达量比在1龄若蚜体内的表达量均显著上调。GST1-1基因在3龄若蚜和有翅成蚜体内的表达量比在1龄若蚜体内的表达量显著上调。荻草谷网蚜3龄若虫经吡虫啉处理后,CAT-3、CYP6A13-2、CYP4g15-2和GST1-1的表达量均显著上调,而nAChRα2-3的表达量显著下调。沉默CAT-3、CYP6A13-2、CYP4g15-2及GST1-1后蚜虫对吡虫啉的敏感度增加,而沉默nAChRα2-3后蚜虫对吡虫啉的敏感度降低,表明CAT-3、CYP6A13-2、CYP4g15-2、nAChRα2-3和GST1-1这5个基因均可能与荻草谷网蚜对吡虫啉的抗性相关。