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谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferases,GSTs)是广泛存在于生物体内的一类多功能超家族酶系,其在代谢解毒和抗氧化应激中的作用与抗药性发生有关。此外,近年来发现GSTs还能影响昆虫生长发育等过程。由于GSTs基因家族成员众多,针对单个GST基因在昆虫中的具体功能及其在抗性中的作用有待深入研究。赤拟谷盗(Tribolium castaneum)是世界性储粮害虫,本文通过qRT-PCR、系统性RNAi、酶活及杀虫剂敏感性分析对赤拟谷盗5个GSTs基因展开了功能研究。有趣的是,TcGSTd1对赤拟谷盗的发育及存活至关重要,为此我们结合转录组学探究其发挥功能的分子机制。GSTs功能的阐明和TcGSTd1信号通路的探究不仅有助于抗性机理的研究,也为新型分子农药的开发和昆虫生物防治奠定了理论基础。本文通过qRT-PCR鉴定了 41个TcGSTs在辛硫磷和高效氯氟氰菊酯处理下四个时间点的表达模式,我们从中筛选出上调表达显著的5个GSTs基因(TcGSTe18、TcGSTs7、TcGSTz1、TcGSTu2和TcMGST4)做进一步功能分析。时空表达模式显示5个GSTs基因在不同发育时期和组织中都有表达,但表达模式有所差异。进一步我们运用RNAi基因干扰分析得出如下结果:1.TcGSTs7和TcMGST4缺失后对昆虫死亡率影响显著,分别造成43.99%和18.15%的死亡率;2.缺失TcGSTs7导致约22%的蛹无法启动羽化最终死亡,能羽化为成虫的也有52.22%出现鞘翅发育异常,TcGSTz1和TcMGST4的缺失分别导致13.27%和15.86%成虫出现畸形;3.TcGSTe18、TcGSTz1和TcGSTu2缺失后产卵量下降53.12%、66.47%和58.49%,TcMGST4干扰后38.35%的卵无法孵化,以上结果暗示着GSTs基因在赤拟谷盗生长、发育及生殖等方面有重要影响。此外,TcGSTe18、TcGSTs7、TcGSTz1、TcGSTu2 和 TcMGST4在辛硫磷和高效氯氟氰菊酯处理下不仅mRNA水平显著增加;分别干扰它们后,GSTs总酶活分别降低了 27.32%、19.26%、14.67%、34.80%、25.98%,而且幼虫对辛硫磷和菊酯的抵抗力也显著降低。与对照组相比,辛硫磷处理下5个GSTs基因干扰组的抗性比率(RR)分别为0.64、0.27、0.54、0.50和0.38;菊酯处理后RR分别为0.80、0.40、0.68、0.63、0.52,RR越小表示昆虫对药物越敏感。这些结果暗示着TcGSTe18、TcGSTs7、TcGSTz1、TcGSTu2 和 TcMGST4很有可能参与到辛硫磷和高效氯氟氰菊酯的代谢或应答过程。我们前期的研究表明TcGSTd1的缺失能导致昆虫100%的死亡率,这在昆虫中是没有相关的报道。为此,我们运用RNA-Seq来初步探究TcGSTd1在昆虫体内发挥功能的信号通路。比较分析ds-TcGSTd1和control的转录谱共鉴定出512个差异表达基因。结合GO和KEGG pathway分析,干扰TcGSTd1后能下调解毒通路第0相中的OBPs和CSPs,第Ⅰ相的EstB1、CCE6、CYP9和第Ⅲ相过程的MRPs基因的表达,说明TcGSTd1还能间接参与到代谢解毒过程的其他几相,暗示着其在代谢解毒过程中复杂的调控机制。此外,TcGSTd1还通过调控CuZnSOD、Duox、Prx、HPX、CPO和MCORP基因参与到赤拟谷盗的寿命、免疫、生殖和发育等过程。RNA-Seq的初步探究不仅为TcGSTd1功能信号通路的研究提供了重要的信息,也为赤拟谷盗的生物学防治提供了潜在的理论依据。