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棉酚是广泛存在于棉花中的植物次生代谢化合物,它对大多数包括植食性昆虫在内的生物体具有普遍毒性。然而,棉铃虫(Helicoverpa armigera)却能以棉花为食完成生活史,这说明棉铃虫对棉酚存在一定的耐受性。P450是一类在生物代谢过程中起重要作用的基因家族。在昆虫中,P450承担着许多重要的生理功能,包括对外源化学物质如植物化学物质和杀虫剂的代谢解毒等。
本研究从棉铃虫cDNA文库中分离得到了一个受棉酚诱导的P450全长基因,命名为GIP。GIP在棉铃虫中肠高表达,能专一地被棉酚诱导。在食物中存在棉酚的情况下GIP的表达水平与棉铃虫的生长呈正相关。RNA抑制是一项新兴的分子生物学技术,它通过双链RNA可以抑制含有特定序列基因的表达,被广泛应用于基因功能的研究。
本研究试图通过让植物表达GIP基因的dsRNA(dsGIP),然后通过昆虫取食这类植物,抑制GIP基因的表达。能有效表达dsGIP的转基因植物没有明显的表型变化。当棉铃虫幼虫进食表达dsGIP的转基因植物后,幼虫中肠组织中GIP的转录水平被显著抑制并伴随过氧化氢酶活性的上升。同时由于棉铃虫中肠内的GIP表达的下调而使幼虫生长受到抑制,并且对棉酚的耐受性降低。这说明GIP在棉铃虫取食含高棉酚食物的耐受性上起重要作用。通过同样的由植物介导RNA干扰的方法抑制了棉铃虫中肠内的一个谷胱甘肽-S-转移酶基因(GST1)的表达。
这些研究表明,植物体内的dsRNA通过昆虫取食进入到昆虫体内并参与相关靶基因的抑制可能是一种普遍机制,这一机制的发现为昆虫基因的功能研究提供了便捷的方法同时为研制抗虫植物提供了新途径。