亚洲玉米螟与棉铃虫NPY类神经肽的基因克隆与功能研究

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神经肽参与大多数神经调节的基本过程,在昆虫的生长和发育阶段中起着非常重要的调控作用,本文以两种主要农业害虫亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)和棉铃虫(H.armigera)为研究对象,以转录组测序和RNAi为主要技术手段,对调控取食的神经肽基因进行了分子克隆和功能研究,期望对农业生产中害虫的防控提供一些新思路。1、本研究完成了亚洲玉米螟五龄幼虫的转录组测序,共得到了 30742176个reads,经过de novo组装获得115926个contigs,进一步组装最后获得87953个unigenes。将已注释的序列比对到KEGG数据库并作进一步注释,比对28138个序列分别为298条信号通路,这些注释是进-步研究亚洲玉米螟的发育、功能以及信号通路非常重要的资源,我们挑选了参与能量代谢的相关途径作进一步分析,在亚洲玉米螟的转录组测序库中我们通过搜库比对找出了 10个insulin信号通路中的关键基因,10个基因对应了 423条转录序列组装成152个unigenes,其中的21个unigenes已经在通过BlastX搜库验证,它们分别是两个NPF、四个NPFR、一个ILP/inR、两个PI3K、三个PTEN、一个 S6K、两个 PKA、一个 AKHR,两个 GPCR,和三个 PKs。2、通过分子克隆得到了亚洲玉米螟神经肽NPY和NPF的ORF阅读框序列,其中NPF有两种剪切体,ORF序列分别为366bp、246 bp;NPY的开放阅读框序列为273bp。分别检测了 NPF和NPY基因在亚洲玉米螟不同发育阶段和不同组织中的表达量,结果表明在初孵的一龄和暴食期的五龄期表达量显著高于其它龄期,检测不同组织中基因的表达量发现中肠组织中的表达量最高,脑组织中的表达量次之,血淋巴和脂肪体组织中不表达,暗示了神经肽NPF、NPY对亚洲玉米螟的取食和发育具有重要的调控作用。3、通过体腔注射和饲喂dsRNA的方法研究了 NPF1、NPF2、NPY基因的功能,研究发现通过两种方法均能够干扰神经肽基因的表达,神经肽NPF1对亚洲玉米螟的取食没有调控作用,神经肽NPF2、NPY表达量下降后亚洲玉米螟的取食量减少,生长缓慢。并进一步研究了注射dsNPF2基因后亚洲玉米螟的能量代谢物质变化,研究结果表明下调NPF2的表达后,亚洲玉米螟体内的海藻糖含量升高,脂肪和糖原的含量降低,推测神经肽对取食的调节可能通过调控能量代谢完成。4、构建了亚洲玉米螟转玉米的干扰载体NPY-pCAMBIA3301、NPF2-pCAMBIA3301、GFP-pCAMBIA3301,通过农杆菌介导的方法转入玉米体内,使玉米表达dsRNA,为进一步研究神经肽调控取食的功能打下基础。5、通过qPCR检测了棉铃虫NPF基因的时空表达,结果表明在初孵的一龄和暴食期的五龄幼虫期表达量显著高于其它龄期;检测了饥饿处理后NPF基因的表达量变化和取食量变化,结果显示饥饿处理后NPF表达量升高,饥饿后取食量增加;检测到注射dsNPF后的,基因表达量下降,海藻糖含量升高,糖原的含量降低;对转NPF基因烟草和棉花进行了 Northern blot和Southern Blot检测,发现两种转基因植株均能够表达NPF基因;检测到棉铃虫取食转基因棉花后NPF表达量下降,取食量减少,生长减慢。
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