miR-318参与桔小实蝇卵巢发育的分子机制探究

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桔小实蝇Bactrocera dorsalis(Hendel)在全球范围内是一种具有重要经济意义的果蔬害虫,其繁殖力大、适应性强,使用传统化学药剂防治较为困难。因此,寻找新型绿色防控靶标迫在眉睫。桔小实蝇是典型的r对策昆虫,雌虫一生可以产900~1600粒卵。通过本课题组前期构建的桔小实蝇卵巢发育阶段全转录组文库发现,miR-318在桔小实蝇卵巢中特异性高表达,然而其是否调控卵巢发育及其调控机制尚不清楚。因此,本学位论文使用RT-q PCR、类似物处理、超景深显微成像系统、CRISPR-Cas9基因编辑、转录组文库构建等技术和手段,探究了miR-318在桔小实蝇卵巢发育过程中的功能。主要研究结果如下:1.桔小实蝇miR-318的表达模式和类似物处理后表型观察采用RT-q PCR技术,通过解析miR-318在桔小实蝇不同性别、不同日龄、不同体段的时空表达模式结果发现,miR-318在6日龄和9日龄雌成虫腹部显著高表达,进一步分析其在6日龄雌虫腹部各组织表达量,发现miR-318在卵巢高表达,检测不同日龄雌成虫卵巢表达量发现,miR-318主要在6日龄后的雌虫卵巢组织中显著高表达。通过miR-318 mimic处理桔小实蝇雌成虫发现,注射后72 h(6日龄),47.2%(34/72)卵巢发育不良。利用超景深显微成像系统观察发现,miR-318 mimic处理后的雌虫卵巢截面积显著小于对照组。2.miR-318敲除对桔小实蝇卵巢发育的影响利用CRISPR-Cas9技术将miR-318敲除,获得了miR-318成熟序列处发生突变的个体,包含-7 bp、-5 bp、+7 bp和+41 bp等多种突变类型。借助RNAfold网站(http://rna.tbi.univie.ac.at/cgi-bin/RNAWeb Suite/RNAfold.cgi)分析,这些突变类型的pre-miR-318结构与野生型存在明显差异。在纯合子筛选过程中,检测到杂合子的miR-318表达量显著下调,沉默效率达96%。同时观察到,子代纯合子在发育到成虫阶段前,各突变类型死亡率在66~92%之间。随后从三个方面观察表型差异:卵的孵化率、卵的形态学差异、卵巢的形态学差异。在孵化率上,纯合子雌虫几乎不产卵,在多次诱卵之后三头纯合雌虫仅产20粒卵,其孵化率为10%,显著小于杂合子和野生型;卵的形态学观察发现纯合子产的卵呈现出脱水、坍塌状;在卵巢发育方面,在15日龄观察卵巢大小,纯合子的卵巢明显发育不良,卵巢截面积显著小于野生型,平均约为野生型的64%。3.miR-318候选靶基因预测与筛选利用生物信息学软件(miRanda、risearch、RNAhybrid和s RNATar Predictor)预测桔小实蝇miR-318的靶基因发现,4个软件共预测交集14个潜在靶基因。采用miR-318/NC mimics处理联合RT-q PCR解析未发现与miR-318存在负调控关系的靶基因。进一步通过构建miR-318/NC mimics处理后的转录组文库发现,在miR-318 mimic注射后24 h和48 h,脂质代谢通路和保幼激素(Juvenile hormone,JH)合成通路多个基因发生显著变化,其中肉碱合成通路基因γ-丁基甜菜碱双加氧酶(gamma-butyrobetaine dioxygenase)在24 h和48 h均显著下调,且生物信息学预测到该基因为miR-318的潜在靶基因,暗示miR-318可能通过靶标该基因,使脂肪能量代谢下调,促进脂肪累积和存储。同时注射后24 h,基因甘油激酶(glycerol kinase)下调,意味着经糖酵解途径的能量代谢通路下调。在miR-318 mimic注射后48 h,JH合成通路中法尼醇脱氢酶(farnesol dehydrogenase)显著下调,且生物信息学分析发现,法尼醇脱氢酶是miR-318的潜在靶基因,同时vg-like 3显著上调,暗示miR-318参与调控卵子形成前JH和蜕皮激素滴度的变化。综上所述,本学位论文明确了miR-318参与调控桔小实蝇卵巢发育过程。在卵子发生前,miR-318可能分别通过潜在靶标γ-丁基甜菜碱双加氧酶降低脂质能量代谢进程和候选靶标法尼醇脱氢酶影响JH合成通路,从而为卵子发生提供良好的环境。miR-318可作为桔小实蝇防控的新靶标,该研究对桔小实蝇的绿色防控具有一定的导向意义。
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