小菜蛾氯虫苯甲酰胺抗性相关非编码RNA的鉴定及功能

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小菜蛾,Plutella xylostella(Linnaeus),是十字花科类植物的重要害虫。由于长期的化学防治,小菜蛾对包括氯虫苯甲酰胺在内的多种杀虫药剂都产生了极其严重的抗药性。先前的研究已经发现多种蛋白编码基因参与调控了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性,包括鱼尼丁受体、细胞色素P450、酯酶和谷胱甘肽S-转移酶等。在此基础上,本研究以微小RNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)为切入点,从转录后调控水平初步研究了非编码RNA在小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性中的功能。主要研究结果如下:1.以小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的实验室抗性品系(CHR)和田间抗性品系(ZZ)为研究对象,利用转录组测序的方法,在小菜蛾中共整理得到199条已知的miRNA序列,预测得到了 54条新的miRNA序列;在敏感品系和抗性品系间筛选到了一批差异表达的miRNAs,其中敏感品系(CHS)和CHR间23个,CHS和ZZ间90个,有11个miRNAs在两个抗性品系中均差异表达。2.利用转录组测序的方法,共鉴定获得小菜蛾lncRNA 1309个,包括877个基因间lncRNAs,190个内含子lncRNAs,76个反义lncRNAs和166个正义重合lncRNAs;在CHS和两个抗性品系间筛选出一批差异表达的lncRNA,其中CHS和CHR、ZZ之间差异表达的lncRNA分别为64个和83个,有22个lncRNAs在两个抗性品系中均差异表达。3.利用小菜蛾氯虫苯甲酰胺高抗品系(DBM-CHR)和敏感品系(DBM-CHS)构建了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性近等位基因系(NIL-CHR),并发现谷胱甘肽S-转移酶GSTu1基因在3个氯虫苯甲酰胺抗性品系(NIL-CHR、DBM-CHR和HN-CHR)中均上调表达;利用RNAi的方法,在DBM-CHS、NIL-CHR和DBM-CHR三个品系中证实GSTu1参与了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性。4.进一步研究表明,GSTu1基因存在选择性多聚腺苷酸化现象,通过RT-PCR和RACE实验发现GSTu1基因有4个转录本,并发现miR-8530能作用于较长的3个转录本(PxGSTu1-long),但 lnc-PxGSTu1-AS 可保护 3 条 PxGSTu1-long 转录本,抑制 Px-miR-8530对其的降解作用。5.除miR-8530外,推测一些未发表的小菜蛾miRNA或者RNA结合蛋白也可能抑制了GSTu1 基因 4 个转录本(PxGSTu1-long 和 PxGSTu1-short)的表达,但lnc-PxGSTu1-AS 在抗性品系中均能维持PxGSTu1-long和PxGSTu1-short的稳定性,从而介导了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性。通过本研究,我们筛选出了大量可能参与小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的非编码RNA,初步阐明了非编码RNA(miR-8530和lnc-PxGSTu1-AS)通过调控GSTu1基因的表达介导了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性,完善了杀虫剂抗药性理论,为非编码RNA调控昆虫抗药性提供了重要的理论支持。
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