小菜蛾抗氟苯虫酰胺种群的基因差异表达分析

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小菜蛾(Plutella xylostella L.)属于鳞翅目菜蛾科,在世界范围内对十字花科蔬菜造成严重为害,且对大多数化学杀虫剂产生了很高水平的抗性。随着氟苯虫酰胺杀虫剂的推广应用,小菜蛾对该杀虫剂也产生了不同水平的抗性。本论文以实验室获得一个小菜蛾抗氟苯虫酰胺品系(抗氟苯虫酰胺品系FF28),及两个田间种群(敏感种群S和田间抗性种群ZC36),运用高通量测序技术(RNA-Seq),对抗性小菜蛾品系/种群进行了转录水平的研究分析,对抗性品系/种群与敏感品系小菜蛾体内差异表达的基因进行了生物学过程(biological process)和信号通路(pathway)数据富集分析,并从中筛选出与小菜蛾抗药性相关的基因,并进行了生物信息学分析,以进一步揭示小菜蛾对氟苯虫酰胺杀虫剂的抗性分子机制。主要研究结果如下:1、抗氟苯虫酰胺品系FF28和田间抗性种群ZC36与敏感种群S相比,显著差异表达的基因分别有540个(其中显著上调411个,显著下调129个)和439个(显著上调299个,显著下调140个)。2、对获得的这些差异表达显著的基因主要富集的生物学过程(简称BP)和信号通路(pathway)途径做了统计,主要集中于对刺激及化学物质的反应(response to stimulus)、环境压力反应(response to stress)、代谢过程(metabolic process)、脂类、氨基酸和蛋白质的代谢过程(lipid metabolic process、amino acid metabolism和protein metabolic process)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、过氧化物酶体增殖物激活型受体(PPAR)、Wnt信号通路及酶活性调节。3、基因上调表达主要影响代谢通路中解毒酶的活性,其中FF28与ZC36之间上调表达的交集基因有218个,其中注释到生物学途径中的有50个,可能与抗性相关的途径有30余个,S-vs-FF28与ZC36-vs-FF28共同上调的有25个基因,在药剂的选择压力下,这25个基因主要富集于刺激及化学物质的反应、细胞蛋白质的代谢过程、防御反应和环境压力反应。4、氟苯虫酰胺药剂靶标受体的表达情况,FF28抗性品系与ZC36抗性种群虽然在鱼尼丁受体表达水平上没有表现出显著的差异性,但与S相比,均有显著性差异,其中ZC36抗性种群中RyR表达量下调,FF28抗性品系中表达量部分下调,但也有部分上调,这可能与种群的遗传性有关。5、发现了昆虫多种代谢解毒酶基因,如:细胞色素P450基因家族、羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶等;发现了可能参与免疫防御反应相关的基因,如热激蛋白(Hsps)超基因家族;另有参与黑色素合成(Melanogenesis)相关的三个表达显著上调基因(XM011551310.1、XM011556264.1和XM011553349.1)。
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