利用转基因RNAi技术沉默稻纵卷叶螟膜结合型海藻糖酶基因

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水稻(Oryza sativa)对于全球人们来说是一种重要的粮食作物,目前已经有有超过1/2的人是以大米为食。但是,我国的水稻产量并不丰富,究其主要原因是虫害。在我国威害水稻的害虫已知的有350多种,常见的有30多种,主要包括食叶类、钻蛀类、吸汁类、食根类这4大类害虫,其中稻纵卷叶螟危害较为严重。稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)属于鳞翅目(Lepidoptera)螟蛾科(Pyralidae),俗称卷叶虫,刮青虫、苞叶虫等。海藻糖酶是昆虫体内海藻糖代谢的一个要害酶,同时,海藻糖也是昆虫重要的血糖物质,因而其在昆虫能量的调节以及昆虫的发育过程中具有不能漠视的作用,尤其在昆虫飞行的过程中,是昆虫飞行的主要能量储存物质。因而海藻糖酶也就天然的成为了害虫管制的理想靶标。截至目前,科研工作者发现海藻糖酶基因的类型有两种,分别属于可溶性海藻糖酶基因(Tre1)和膜结合型海藻糖酶基因(Tre2)。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指由双链RNA( double-stranded RNA,dsRNA)诱发的、同源mRNA在进化过程中高度保守的、高效特异性降解的现象。本文通过体外注射dsRNA的方法来导致RNAi的现象,从而实现降低稻纵卷叶螟海藻糖酶基因的表达以及利用转基因 RNAi技术,以取得对稻纵卷叶螟膜结合型海藻糖酶基因具有缄默作用的转基因水稻植株,从而达到控制稻纵卷叶螟危害的目的,为稻纵卷叶螟的生物防治奠定根底。  本研究主要内容包括:⑴以稻纵卷叶螟膜两种藻糖酶基因(膜结合型海藻糖酶基因和可溶型海藻糖酶基因)为靶标,设计两个靶位点以实现对稻纵卷叶螟膜结合型海藻糖酶基因和海藻糖酶基因的RNAi效应,并将两个靶位点分别命名为 CmTreⅡ*和 CmTre*。采用 RNAi技术,在体外合成两个 dsRNA(CmTreⅡ-dsRNA和 CmTre-dsRNA)。通过显微注射的方法分别将 CmTreⅡ-dsRNA和 CmTre-dsRNA导入稻纵卷叶螟3龄幼虫体内。观察发现,在注射 CmTreⅡ-dsRNA和 CmTre-dsRNA后稻纵卷叶螟幼虫对水稻的取食情况有较为显著的下降,生长发育情况也出现了明显的滞后,有的出现蜕皮受阻等现象。而且注射 CmTreⅡ-dsRNA和 CmTre-dsRNA的稻纵卷叶螟的虫体明显相较于对照组又小又黑,有的甚至出现了畸形的虫体,更甚者出现死亡等情况。⑵以CmTreⅡ和 CmTre两个基因片段为靶位点,分别在其两端添加 Spe I和 BamH I酶切位点,进行人工合成,然后经双酶切后与植物表达载体p1301连接,构建 p1301-CmTreⅡ*和 p1301-CmTre*两个重组植物表达载体。通过 PCR、双酶切及测序鉴定的方法验证重组表达载体 p1301-CmTreⅡ*和p1301-CmTre*已构建成功,并采用液氮冻融的方法将其成功转入农杆菌LBA4404,构建基因工程菌。⑶转基因水稻的获得。使中花11号粳稻的愈伤组织被分别含有 p1301-CmTreⅡ*和 p1301-CmTre*质粒的农杆菌 LBA4404浸染,经过愈伤组织的抗性筛选、分化和植株再生,总共获得17株转基因再生植株。通过靶标位点的RT-PCR检测,其结果表明:7株是含有 CmTreⅡ的阳性转基因植株,9株是含有 CmTre的阳性转基因植株。1株转基因失败,舍去。⑷将取食非转基因水稻的稻纵卷叶螟设置为对照组,观察发现取食了转基因水稻的稻纵卷叶螟的取食情况以及生命活性都有了不同程度的下降现象,同时稻纵卷叶螟的生长发育情况也出现了不同程度的滞后,有的甚至出现了蜕皮受阻等现象。而且取食转基因水稻的稻纵卷叶螟的虫体明显相较于对照组又小又黑,有的甚至出现了畸形的虫体,更甚者出现死亡等情况。取食转基因水稻的稻纵卷叶螟体内海藻糖酶基因的mRNA的表达水平通过实时荧光定量 PCR方法(RT–PCR)来测定,并统计稻纵卷叶螟的死亡情况。结果显示:相较于取食非转基因水稻的稻纵卷叶螟,取食转入目的基因片段 CmTreⅡ的水稻的稻纵卷叶螟膜结合型海藻糖酶基因平均相对表达量下降了29%;取食转入目的基因片段 CmTre水稻的稻纵卷叶螟的海藻糖酶基因平均相对表达量下降了55%,死亡率也分别增加了46.67%(取食转 CmTreⅡ基因的水稻)和66.67%(取食转 CmTre基因的水稻),校正死亡率分别为51.85%和74.67%。结果表明:稻纵卷叶螟对两种转基因水稻的取食量都有显著下降,表现为转 CmTreⅡ基因水稻的卷叶率和白叶率分别为13.40%和12.47%,转 CmTre基因水稻的卷叶率和白叶率分别为12.61%和11.84%,相比对照组(即取食非转基因水稻)卷叶率分别下降了11.32%和12.11%;白叶率分别下降了10.10%和10.73%。
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