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植物和昆虫在地球上相互作用超过4亿年。植物产生有毒植物次生代谢物以减少植食性昆虫的侵害,而昆虫也相应地进化出了细胞色素P450单加氧酶等多种解毒代谢机制。斜纹夜蛾(Spodoptera litura)作为一种暴食性和广食性害虫,严重危害我国蔬菜作物、粮食作物和经济作物等。其能免疫多种寄主植物的防御系统,P450解毒基因在这个过程中发挥着怎样的作用,还需进一步研究和阐明。本研究以斜纹夜蛾为研究对象,并基于实验室已有的斜纹夜蛾取食4种寄主植物(棉花、玉米、卷心菜、大豆)转录组数据,选取其中表达量高且差异表达的P450基因。利用MEGA、Graphpad prism、DNAMAN、Prime、SPSS等工具,通过基因克隆、PCR、实时荧光定量PCR、RNAi等技术,明确了4条P450基因(CYP6AB12、CYP321B1、CYP6AB60、CYP321A19)的结构特征、表达谱、对植物次生代谢物的解毒代谢功能以及CYP321B1沉默后相关代谢物和代谢通路的变化。主要研究结果如下:1.斜纹夜蛾4条P450基因克隆与同源性分析。对转录组中找到的目的基因进行克隆测序分析,以验证转录组数据结果,结果表明4条P450基因ORF长度均约为1400 bp。对4条P450基因氨基酸序列进行同源性分析,其与甜菜夜蛾CYP321A16(ASO98018.1),草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)CYP321B1(AGO62009.1),甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)CYP6AB12(ASO97997.1)和家蚕(Bombyx mori)CYP6AB4(ABK27873.1)亲缘关系较近,氨基酸同源性分别为91.35%、88.89%、82.07%和57.39%。并于氨基酸序列中找到P450基因特有的氨基酸基序:C-helix:WXXR,K-helix:EXXRXXP,PXXFXPXXF,Heme-binding:FXXGXXXCXG。2.斜纹夜蛾P450基因表达谱0分析。采用RT-q PCR技术,对斜纹夜蛾8个生命阶段(卵、1-6龄幼虫和蛹),6个组织(中肠、血淋巴、体壁、脂肪体、精巢和卵巢)进行目的基因的表达谱检测。结果表明4条P450基因表达谱相似,在斜纹夜蛾4龄幼虫中肠和脂肪体组织中相对表达量较高。其中CYP6AB12在中肠中相对表达量为血淋巴组织(对照组)的53倍;CYP321B1在中肠和脂肪体中相对表达量分别为血淋巴组织的6倍和2倍;CYP6AB60在中肠和脂肪体中相对表达量分别为精巢组织(对照组)的97倍和33倍;CYP321A19在中肠和脂肪体中相对表达量分别为精巢组织(对照组)的9倍和27倍。3.P450基因功能验证。利用ds RNA注射和ds RNA混合纳米材料涂抹体壁的方式进行RNA干扰。以ds GFP为对照,处理后分别用添加植物次生代谢物的人工饲料进行饲喂(ds CYP6AB12-棉酚,ds CYP321B1-单宁,ds CYP6AB60-香豆素、大豆异黄酮,ds CYP321A19-槲皮素)。分别于处理后24、48、72 h取样品中肠和脂肪体,利用RT-q PCR检测P450基因的相对表达量。并于处理后每24 h对幼虫体重进行称量。对幼虫体重净增长和体重每日增长量进行统计分析。结果表明,与对照组相比4条P450基因于72 h在中肠和脂肪体中相对表达量显著下降,其中,CYP6AB12的相对表达量降至9.2%和29.6%;同样的,CYP321B1的相对表达量降至19.3%和12.5%;大豆异黄酮处理的CYP6AB60的相对表达量降至13.3%和27.3%;香豆素处理的CYP6AB60的相对表达量降至34.6%和57.7%;CYP321A19相对表达量分别降至16.1%和33.8%。并且处理组体重增长显著减缓。表明4条P450基因对相应的植物次生代谢具有一定解毒代谢作用。4.代谢组分析差异代谢物与代谢通路。注射ds CYP321B1 24 h后,解剖斜纹夜蛾4龄幼虫中肠进行广泛靶向代谢组检测。结果发现185种代谢产物,并结合变量重要性投影值(variable importance in projection,VIP)和变量分析的p-value值或差异倍数值(fold change)进一步筛选差异代谢物,确定共有47个差异代谢物:包括13种氨基酸及其代谢物,6种有机酸及其衍生物,5种苯及其衍生物,5种脂质,5种核苷酸及其代谢产物以及其余13个差异代谢物。47个差异代谢物中31个表达上调,16个表达下调。并且差异代谢物共所属56个代谢途径,其中,谷胱甘肽代谢中的2种代谢物下调,而ABC转运蛋白中还原型谷胱甘肽上调,2’-脱氧尿苷下调。暗示CYP321B1沉默后,不仅影响其对单宁的解毒代谢过程,而且影响了相关的解毒代谢途径。本研究克隆分析了斜纹夜蛾4条P450基因,明确了基因的时空表达模式以及其在对应寄主植物中的解毒代谢功能。研究结果有助于加深P450基因在昆虫寄主适应性中的作用,对今后斜纹夜蛾防治新方法奠定基础。