亚洲玉米螟响应UV胁迫的分子机制研究

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亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée),隶属于鳞翅目草螟科,是玉米生产中的主要害虫之一。亚洲玉米螟是一种典型的趋光昆虫,对紫外光(Ultraviolet,UV)尤为敏感。本研究以亚洲玉米螟为试验材料,对不同时长UV胁迫下的雌成虫进行转录组和代谢组研究,对不同时长UV胁迫下亚洲玉米螟JNK和p38基因的表达情况进行研究。主要研究结果如下:1.UV胁迫下亚洲玉米螟的转录组分析利用高通量测序技术Illumina Hi SeqTM 2000检测了亚洲玉米螟在不同时长UV胁迫(0 h、1 h、2 h)下的转录组表达差异。结果获得了三个c DNA文库,所有reads组装成10 506个unigenes,平均长度616 bp。UV处理1 h与对照相比有157个基因差异表达,其中103个基因表达上调,54个基因表达下调;UV处理2 h与对照相比有637个基因差异表达,其中444个基因表达上调,193个基因表达下调;UV处理2 h与UV处理1 h相比有44个基因差异表达,其中32个基因表达上调,12个基因表达下调。响应UV胁迫的差异表达基因涉及了信号转导、免疫防御、抗氧化系统和解毒代谢等多个生理过程。研究结果丰富了亚洲玉米螟转录组数据信息,为探明亚洲玉米螟响应UV胁迫的分子机制奠定了一定的基础。2.UV胁迫下亚洲玉米螟的代谢组分析应用液质联用技术分析了不同时长UV胁迫(0 h、1 h、2 h)下亚洲玉米螟的差异代谢物。在正离子模式下,UV处理1 h与对照相比共鉴定出181种差异代谢物,其中42种代谢物含量上升,139种代谢物含量下降;UV处理2 h与对照相比共鉴定出111种差异代谢物,其中46种代谢物含量上升,65种代谢物含量下降;UV处理2 h与处理1 h相比共鉴定出34种差异代谢物,其中28种代谢物含量上升,6种代谢物含量下降。在负离子模式下,UV处理1 h与对照相比共鉴定出135种差异代谢物,其中32种代谢物含量上升,103种代谢物含量下降;UV处理2 h与对照相比共鉴定出93种差异代谢物,其中38种代谢物含量上升,55种代谢物含量下降;UV处理2 h与处理1 h相比共鉴定出36种差异代谢物,其中31种代谢物含量上升,5种代谢物含量下降。使用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)两种方法对得到的590种差异代谢物质进行了分析,结果发现UV处理组(1 h、2 h)和对照组的代谢物质差异显著。差异代谢物质参与的代谢途径主要有糖代谢途径、脂质代谢途径和氨基酸代谢途径等。研究结果丰富了亚洲玉米螟响应UV胁迫的小分子数据信息,为探明亚洲玉米螟响应UV胁迫的分子机制提供了一定的理论依据。3.亚洲玉米螟c-Jun氨基末端激酶基因OfJNK的克隆、表达谱及在UV胁迫下的表达分析利用RT-PCR与RACE技术克隆获得一个c DNA序列全长为1 657 bp的亚洲玉米螟JNK基因,并将其命名为OfJNK(Gen Bank登录号:MK779707),OfJNK基因的开放阅读框(ORF)为1 143 bp,共编码了381个氨基酸,其编码的JNK蛋白的相对分子量为43.44 k D,预测的等电点是6.06。系统发育树分析表明,与其他昆虫的JNK相比,亚洲玉米螟OfJNK具有很高的相似性。利用荧光定量PCR技术对亚洲玉米螟OfJNK在不同发育阶段、不同组织和UV胁迫下的表达模式进行分析,结果显示:OfJNK在亚洲玉米螟卵期的表达量最高,组织特异性分析显示该基因在翅和触角特异性表达;UV胁迫能够诱导亚洲玉米螟雌成虫体内OfJNK基因表达,其表达量随着照射时间的延长呈先升高后降低的趋势,且在照射60 min时达到峰值。本研究表明亚洲玉米螟在UV胁迫下其体内的OfJNK表达量上调,从而激活JNK信号通路来响应UV胁迫。研究结果为进一步研究亚洲玉米螟趋光机理的分子机制奠定了一定的理论基础。4.亚洲玉米螟p38丝裂原活化蛋白激酶基因OfP38的克隆、表达谱及在UV胁迫下的表达分析利用近源物种序列进行比对设计简并引物,通过RT-PCR与RACE技术克隆获得亚洲玉米螟一个c DNA序列全长为1 253 bp的p38基因,并命名为OfP38(Gen Bank登录号:MK779706),OfP38基因的开放阅读框(ORF)为1 080 bp,共编码了360个氨基酸,其编码的p38蛋白的相对分子量为41.72 k D,预测的等电点是5.84。系统发育树分析表明,亚洲玉米螟Ofp38与其他昆虫的p38具有很高的相似性。利用荧光定量PCR技术对亚洲玉米螟在不同发育阶段、不同组织和UV胁迫下的表达模式进行分析,结果显示:Ofp38在亚洲玉米螟的各个阶段均有表达,在雌成虫和卵期的表达量最高;在不同组织中Ofp38基因也都有表达,但在卵巢、足和中肠部位特异性表达;其在不同UV胁迫下的表达情况表明,UV胁迫可以诱导亚洲玉米螟体内Ofp38基因的表达,其表达量随着照射时间的延长呈先升高后降低的趋势,且在照射30 min时达到峰值。说明短时的UV胁迫能够激活p38信号通路来响应UV胁迫。本研究初步阐明了亚洲玉米螟Ofp38基因能够响应UV胁迫,为深入研究亚洲玉米螟趋光机理的分子机制奠定了一定的理论基础。
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