茶尺蠖及近缘种灰茶尺蠖化学感受蛋白直系同源基因鉴定及表达分析

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bai1988ping
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茶尺蠖(Ectropis obliqua Prout)与灰茶尺蠖(Ectropis grisescens Warren)为同属近缘种,是茶园中主要的鳞翅目害虫,在形态和食性上极为相似,且遗传分化程度低,主要在幼虫期危害茶树。昆虫幼虫主要通过头部的化学感受器来寻找和定位寄主植物进行取食。本研究在实验室前期成功构建茶尺蠖与灰茶尺蠖触角转录组文库的基础上,利用生物信息学分析方法鉴定两近缘尺蠖的化学感受蛋白(chemosensory protein,CSPs),并对鉴定的直系同源基因进行序列比对与系统发育分析。利用茶尺蠖Eobl CSP10基因的开放阅读框(ORF)设计特异引物,克隆并鉴定灰茶尺蠖潜在的直系同源基因Egri CSP10;通过序列分析表明直系同源基因Eobl CSP8、Eobl CSP10和Egri CSP8、Egri CSP10都属于CSPs家族;接着,通过荧光定量q PCR明确直系同源基因CSP8、CSP10在茶尺蠖两近缘种的表达情况,并讨论了植物挥发物诱导及内共生菌Wolbachia对茶尺蠖及近缘种灰茶尺蠖CSP8、CSP10表达的影响,为研发以靶标功能基因介导的茶尺蠖两近缘种的幼虫行为调控机制及相关绿色防控技术提供理论依据。研究结果如下:1.利用序列比对和进化树分析表明茶尺蠖与灰茶尺蠖化学感受蛋白直系同源基因有18对,这些基因序列相似度高,极其保守。通过克隆成功获得Egri CSP10的c DNA序列,然后对CSP8、CSP10基因序列、氨基酸序列、理化性质、二级和三级结构进行了分析。结果表明,它们符合CSPs的基本特性,含有4个半胱氨酸残基,可形成2个二硫键。二级结构都有6个α-螺旋,蛋白三维结构表面都呈球状。去除信号肽后,Eobl CSP8和Egri CSP8的氨基酸序列一样,故命名为Eobl-Egri CSP8;而Eobl CSP10、Egri CSP10的功能氨基酸序列有4个位点不一样,分别为H-L、V-T、M-I和A-G。2.利用荧光定量q PCR技术,对CSP8、CSP10在茶尺蠖及近缘种灰茶尺蠖不同发育时期的表达分析,明确Eobl CSP8、Eobl CSP10和Egri CSP8、Egri CSP10均在茶尺蠖和灰茶尺蠖3龄幼虫显著性表达;进一步对Eobl CSP8、Eobl CSP10和Egri CSP8、Egri CSP10在茶尺蠖及近缘种灰茶尺蠖3龄幼虫各组织表达分析,发现Eobl CSP8、Egri CSP8在茶尺蠖和灰茶尺蠖3龄幼虫头部显著性表达,其次是在表皮表达;而Eobl CSP10、Egri CSP10在茶尺蠖和灰茶尺蠖3龄幼虫头部显著性高表达。3.利用四环素处理灰茶尺蠖获得不携带Wolbachia灰茶尺蠖种群(以下简称为无Wolbachia灰茶尺蠖),对Egri CSP8、Egri CSP10在无Wolbachia灰茶尺蠖不同发育时期的表达分析,明确了Egri CSP8、Egri CSP10均在无Wolbachia灰茶尺蠖3龄幼虫期显著性高表达。利用荧光定量q PCR技术进一步探究内共生菌Wolbachia对CSP8、CSP10在茶尺蠖两近缘种3龄幼虫时期表达量的影响,明确了CSP8、CSP10在茶尺蠖3龄幼虫的表达量均显著性高于灰茶尺蠖的,同时也均显著性高于无Wolbachia灰茶尺蠖的;CSP8、CSP10在灰茶尺蠖3龄幼虫的表达量均显著性高于无Wolbachia灰茶尺蠖的。再次对茶尺蠖、灰茶尺蠖、无Wolbachia灰茶尺蠖3龄幼虫表达量差异比较分析,结果是CSP8、CSP10在茶尺蠖的表达量最高;其次是CSP8、CSP10在灰茶尺蠖的表达量,表明了内共生菌Wolbachia的去除与CSP8、CSP10表达水平下调呈正相关。4.利用植物挥发物顺-3-乙酸己烯酯、顺-3-己酸己烯酯处理寄主植物茶树叶片,研究植物挥发物对茶尺蠖、灰茶尺蠖、无Wolbachia灰茶尺蠖3龄幼虫寄主选择的影响,结果表明植物挥发物顺-3-乙酸己烯酯、顺-3-己酸己烯酯对3龄幼虫具有引诱作用。利用q RT-PCR技术分析植物挥发物顺-3-己烯醇对茶尺蠖和灰茶尺蠖CSP8、CSP10基因的诱导表达,结果表明顺-3-己烯醇诱导处理茶尺蠖3龄幼虫的不同时间里,Eobl CSP8在顺3-己烯醇处理组的转录水平与对照组均差异性不显著;Eobl CSP10的处理组在4h、8h没有明显变化,在12h转录水平有上升,但差异性不显著;顺-3-己烯醇诱导处理灰茶尺蠖3龄幼虫的4h、8h内,Egri CSP8、Egri CSP10转录表达水平与对照组没有明显变化,诱导12h后统计分析差异性仍不显著。5.利用Eobl-Egri CSP8、Eobl CSP10、Egri CSP10的氨基酸序列进行同源建模,性信息素成分顺3,9-环氧-6,7-十八碳二烯、顺-3,6,9-十八碳三烯、顺3,9-环氧-6,7-十九碳二烯和植物挥发物顺-3-己烯醇、顺-3-乙酸己烯酯、顺-3-己酸己烯酯与蛋白Eobl-Egri CSP8、Eobl CSP10、Egri CSP10结合特性分析,Eobl-Egri CSP8与3个性信息素结合中,Thr68、Arg71、Gln111、Leu115的能量明显大于其他氨基酸残基,Leu115这个氨基酸残基可能在Eobl-Egri CSP8与6个配基结合中有着重要作用;Eobl CSP10与6个配基结合中,Gln58、Leu39、Asn61等位点比较重要;Egri CSP10与3个性信息素结合中,Tyr6、Ser8、Asp9、Gln39、Asp46、Glu57和Gln62提供的能量较多,对于3个植物挥发物来说,Tyr6、Asp46、Leu49、Ala50、Glu57和Cys58提供的能量更多,对于6个配基来说,突变Tyr6、Asp46、Glu57这三个氨基酸残基可能影响Egri CSP10蛋白功能。
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