草地贪夜蛾宿主适应性机制探索

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草地贪夜蛾是一种起源于美洲热带地区的农业害虫,具有迁飞能力强、繁殖能力强、适应能力强以及宿主范围广等特点,给全球农业产业造成了巨大的损失。随着全球贸易的深入发展,草地贪夜蛾已于近几年入侵我国,并给我国农业生产造成了巨大的损失。目前在农业领域对于草地贪夜蛾的防治主要采用化学杀虫剂,并辅以转基因作物等方法,但在此选择压力下,以及草地贪夜蛾特殊的取食方式等,田间草地贪夜蛾表现出了对多种化学杀虫剂以及Bt内毒素的抗性,影响了草地贪夜蛾综合防控效果,开发新的防治草地贪夜蛾方法成为一个亟待解决的问题。尽管草地贪夜蛾宿主范围很广,但在不同宿主植物上的表现并不相同,我们以草地贪夜蛾幼虫取食不同宿主植物后的体重增加作为衡量其对不同宿主植物上的适应性,采用的宿主植物包括入侵我国的“玉米系”草地贪夜蛾的最佳宿主玉米(Zae mays)、本氏烟草(Nicotiana benthamiana)和陆地棉(Gossypium hirsutum,cv.R15),我们称量了草地贪夜蛾幼虫在取食3种植物后第3天到第5天的体重,发现草地贪夜蛾幼虫在取食玉米后的体重增加要明显高于取食棉花和烟草的群体,之后我们对草地贪夜蛾幼虫中肠进行了转录组分析。我们发现,在取食玉米的群体中,蜕皮激素20E的代谢基因Cyp18a1明显高表达,基于此,我们通过HIGS(Host-induced gene silencing,宿主诱导的基因沉默)技术抑制草地贪夜蛾幼虫中Cyp18a1的表达量,处理后的幼虫体重增加要明显低于对照组。此外,GO分析发现,进食棉花的群体与其他两个群体之间的差异基因中,可变剪接条目被富集。进一步对发生可变剪接事件的基因进行了GO分析,发现肽酶活性等条目被富集,我们接着对蛋白酶类编码基因发生的差异可变剪接事件进行了统计,发现大部分基因发生了外显子互斥,少部分发生了外显子跳跃事件,这表明草地贪夜蛾幼虫在取食不同植物时,其消化酶相关的编码基因,存在可变剪接的调控,产生了具有不同结构域的蛋白酶,其消化能力发生了改变,从而影响了幼虫肠液的整体消化能力。同时,取食不同植物后的幼虫肠液,具有不同的消化能力。因此,本研究揭示了Cyp18a1在草地贪夜蛾取食玉米后体重建成的重要意义,同时表明可变剪接是影响草地贪夜蛾宿主适应性的主要因素。
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