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本研究主要研究温度对小菜蛾乙酰胆碱酯酶基因(ace1)频率的影响及抗性、敏感菜蛾啮小蜂ace1基因部分序列及其氨基酸结构改变与抗药性的关系。根据报道的小菜蛾ace1突变位点,设计bi-PASA检测引物,分别检测高温和常温处理对抗性、敏感小菜蛾后代ace1。计算出检测样本中ace1不同基因型的比列和ace1基因频率,从分子水平上证明了温度对小菜蛾抗性和敏感小菜蛾后代ace1基因型和ace1频率的影响。
菜蛾啮小蜂(Oomyzus sokolowskii)是小菜蛾(Plutella xylostella)幼虫至蛹期的跨期寄生蜂,是目前报道的小菜蛾主要寄生天敌之一。本研究以菜蛾啮小蜂ace1作为研究对象,分别设计了简并和特异性的引物,首次扩增得到抗性、敏感性菜蛾啮小蜂的ace1基因片段,通过比较抗性、敏感性菜蛾啮小蜂乙酰胆碱酯酶片段发现两个突变位点,并与已报道的其他昆虫、电鳐等生物的乙酰胆碱酯酶序列比较分析,得出有一个突变位点可能与菜蛾啮小蜂抗性有关。
本研究的主要结果如下:
1.通过比对扩增出的小菜蛾ace1片段序列,得出该序列与已报道的抗丙硫磷小菜蛾ace1序列同源性较高,突变的位点也与报道的一致(G to C)。因此,可以得出本实验中所用材料为抗性小菜蛾。
2.bi-PASA检测实验,要求设计四条引物:两条外侧引物(allele-nonspecific-F和allele-nonspecific-R),两条内侧引物(allele-specific-F和allele-specific-R)。allele-specific-F的3’端对应突变型,allele-specific-R的3’端则对应敏感型。外侧引物allele-nonspecific-F和allele-nonspecific-R扩增的片段长度348bp;allele-nonspecific-F和allele-specific-R扩增的片段长度144bp;allele-specific-F和allele-nonspecific-R扩增的片段长度254bp。
3.采用bi-PASA技术检测田间小菜蛾F1代成虫G227A突变情况,常温处理F0代作为对照:31.8%突变纯合子、63.6%的杂合子和4.6%的野生型。常温处理的比高温处理的突变纯合子由35.5%降至8.8%,杂合子由61.3%上升至76.9%,而最明显就是野生型比例由3.2%升高到14.3%。
4.常温处理的室内敏感小菜蛾F1代成虫比高温处理的杂合子由32.3%降至30.0%,野生型比例由67.7%升高到70.0%,两种处理中都没有检测到突变纯合子。常温处理F0代作为对照:33.3%的杂合子和66.7%的野生型,没有检测到突变纯合子。
5.常温处理的室内抗性小菜蛾F1代成虫比高温处理的突变纯合子由62.5%降至22.6%,杂合子比例由37.5%升高到61.3%,常温处理中都没有检测到野生型,而高温处理后F1代中野生型占到16.1%。常温处理F0代作为对照:68.4%的突变纯合子,32.6%的杂合子,没有检测到野生型。
6.计算温度处理抗性和敏感小菜蛾F1代成虫ace1基因频率,常温(25.0℃)处理的田间小菜蛾与高温处理的比较,抗性基因(R)的基因频率从66.1%降至47.1%,敏感基因(S)的基因频率则从33.9%升至52.9%。对于室内筛选敏感小菜蛾(经过相同处理)抗性基因(R)的基因频率从16.1%降至15.0%,敏感基因(S)的基因频率则从83.9%升至85.0%,而室内筛选抗性小菜蛾抗性基因(R)的基因频率从81.3%降至53.2%,敏感基因(S)的基因频率则从18.7%升至46.8%。对比常温处理的抗性、敏感小菜蛾F0代,高温处理后抗性基因(R)的基因频率都降低。
7.得到的抗性、敏感菜蛾啮小蜂的ace1序列和其他昆虫、电鳐等生物的乙酰胆碱酯酶氨基酸序列进行比对分析,有分析结果证明了我们克隆到的是ace1基因序列。并发现两个突变位点即:Phe272Leu(TTT to CTT)、Lys303Arg(AAG to AGG)。通过与其他昆虫比较分析,可知Phe272Leu(TTT to CTT)和菜蛾啮小蜂抗药性有关,根据AChE结构分析可知,Phe272Leu(TTT to CTT)位于酰基口袋口附近。