甜菜夜蛾SeVg与SeVgR的分子特性、功能及其对SeAce表达下调的响应

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甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)是一种世界性分布的农林多食性害虫,常间歇性暴发危害。其寄主广泛,除了危害蔬菜、棉花等农作物外,还危害杞柳、牧草和野生植物等。由于其繁殖能力强,并对多种农药产生了较高的抗药性,急待开发新型防控手段。卵黄原蛋白的合成与摄取是卵黄发生的关键过程,直接影响雌成虫生殖潜能。同时,乙酰胆碱酯酶基因Ace表达的下调会影响昆虫的生殖。而甜菜夜蛾卵黄原蛋白SeVg及卵黄原蛋白受体SeVgR作为卵黄发生的关键基因,是否参与乙酰胆碱酯酶基因调控甜菜夜蛾生殖还尚未解析。因此,本研究对甜菜夜蛾SeVg与SeVgR基因进行克隆、原核表达、时空表达分析以及功能研究,进而通过RNAi的方法研究乙酰胆碱酯酶SeAce对甜菜夜蛾SeVg与SeVgR基因的影响,有助于从分子水平阐明甜菜夜蛾生殖调控机制,为甜菜夜蛾的防控提供新思路。主要研究结果如下:1.利用RACE和RT-PCR技术克隆了SeVg和SeVgR的全长。SeVg开放阅读框(ORF)为5247 bp,编码1761个氨基酸,理论分子量大约为200.48 k D,等电点PI值为8.84。使用NCBI保守域搜索,在SeVg序列中存在三个相对保守的功能域,分别是Vitellogenin-N(29-725),DUF1943(779-1036)和VWD(1427-1595)。序列分析显示SeVgR开放阅读框(ORF)为5445bp,编码1814个氨基酸,理论分子量大约为200.13 k D,PI值为4.45。SeVgR有两个LBD结构域,分别含有4个和7个class A重复域。通过鳞翅目昆虫Vg及Vg R系统发育树分析,结果显示甜菜夜蛾与斜纹夜蛾、棉铃虫的亲缘关系最近。2.克隆SeVg及SeVgR功能区序列,构建pCzn1-Vg及Pet15B-Vg R原核表达载体,制备了特异性强、纯度高的SeVg及SeVgR多克隆抗体,效价可达1:512000。通过对SeVg时空表达模式分析,结果显示SeVg m RNA在雌虫的脂肪体特异性表达,在卵巢、中肠等其他组织不表达。QPCR结果显示SeVg m RNA主要在雌蛹末期和雌成虫期表达。SeVg m RNA于雌虫蛹末期微弱表达,成虫羽化后SeVg表达量先升高后降低,到羽化48h表达量最高,随后降低。Western blotting结果显示SeVg蛋白合成起始于蛹末期,同样在羽化48h成虫中表达量最高。RT-PCR和q PCR结果表明SeVgR m RNA仅在雌虫卵巢中表达,于蛹末期开始表达,成虫羽化48h达到峰值。SeVgR蛋白的表达模式与SeVgR m RNA基本一致,于蛹末期合成,但表达高峰推迟了12h。3.通过合成甜菜夜蛾SeVgR功能区序列的dsRNA,体外注射后,能够显著降低SeVgR表达,并影响甜菜夜蛾的卵巢发育,表现为卵母细胞中沉积的卵黄含量显著减少,卵巢管变短,产卵量显著下降。对于刚羽化、羽化24h、羽化48h的雌成虫,注射Vg R-dsRNA处理组的SeVgR表达量相比注射GFP-dsRNA的对照组分别下降了79.35%、84.22%、67.68%。解剖观察刚羽化、羽化24 h、羽化48 h的甜菜夜蛾卵巢,发现注射Vg R-dsRNA处理组与对照组相比,卵巢发育进度显著延迟。对于羽化24h的甜菜夜蛾,与对照组相比,注射Vg R-dsRNA处理组卵巢管长度下降了23.92%,成熟卵量减少且卵粒较小。注射Vg R-dsRNA处理组的单雌平均产卵量只有170粒,显著少于对照组(空白对照和注射GFP-dsRNA)的单雌产卵量(451粒和420粒)。4.甜菜夜蛾蛹期注射SeVg功能区序列不同靶点和浓度的dsRNA,其结果显示,注射高浓度的Vg-dsRNA-1(10μg·μL-1)能使甜菜夜蛾刚羽化及羽化24h的SeVg表达量显著下降,卵巢发育推迟,产卵量下降。同样,注射不同浓度的siRNA,只有高浓度的Vg-siRNA可以成功干扰羽化24h甜菜夜蛾雌成虫SeVg的表达量。5.以不注射dsRNA和注射GFP-dsRNA的甜菜夜蛾为对照,测定注射SeAce-dsRNA 72h后幼虫的死亡率。注射ds SeAce1或ds SeAce2的死亡率分别为56.7%和24.6%,而用ds GFP注射幼虫时仅发现14.7%的死亡率,说明相比SeAce2,SeAce1可能通过调节胆碱的神经传递从而在幼虫发育中发挥更重要的作用。与对照组相比,注射SeAce1-dsRNA和注射SeAce2-dsRNA组的甜菜夜蛾SeVg表达量发生下降,产卵量也显著降低(P<0.05),但SeVgR的表达水平无显著差异(P>0.05)。其中注射SeAce2-dsRNA处理组比注射SeAce1-dsRNA处理组的SeVg表达水平和产卵量下降更明显,表明SeAce通过调控甜菜夜蛾SeVg表达量进而影响甜菜夜蛾产卵量,在生殖等非典型功能中发挥作用。
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