松材线虫UDP—葡萄糖醛酸转移酶基因功能分析

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松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)所引发的松树萎蔫病(pine wilt disease,PWD)已对世界森林生态系统造成了极大的破坏。我国于1982年在南京中山陵中首次发现松材线虫,虽尽力防治病害传播,但至今病害已扩散近19个省市,造成高达千亿元的经济和生态价值损失。随着科学技术的不断发展,对松材线虫的研究也从表观遗传学研究转向了更加精准的转录组学研究,更深入地探索了松材线虫致病性、抗逆、生长发育和解毒等领域。当前防治松材线虫的主要手段仍是化学防治,但化学杀线剂可能导致环境污染以及耐药性等问题产生。为有效解决化学防治所带来的不利影响,有必要从转录组学角度研究松材线虫与外源杀线物质互作的解毒基因,以此为新靶标开发新型植物源杀线剂。本研究首先通过比较分析不同浓度β-蒎烯和鱼藤酮处理松材线虫后的转录组数据,筛选到松材线虫UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronyltransferase,UGT)基因家族。再利用生物信息学方法分析松材线虫UGT基因家族成员在抵抗外源杀线物质时所发挥的作用。最后通过不同浓度α-蒎烯,β-蒎烯和香芹酮对松材线虫的杀虫活力测定,筛选出最佳处理浓度和时间,在此条件基础上处理松材线虫,RT-q PCR定量分析松材线虫体内Bx UGTs功能,为防治松材线虫提供了理论和方向的创新。主要结果如下:1.比较分析了不同浓度β-蒎烯和鱼藤酮处理下松材线虫的转录组数据。通过数据库下载松材线虫转录组数据,经过数据质控、序列比对、表达定量和差异基因分析筛选出松材线虫响应外源杀线物质的关键基因家族。结果显示,共有18个基因在不同处理下共同显著表达,其中BXYJ_LOCUS3192所属的松材线虫UGT基因家族明确发挥解毒功能且尚无相关研究,因此后续选择此家族开展研究。2.通过生物信息学方法分析了松材线虫UGT基因家族。利用松材线虫全基因组数据,鉴定松材线虫UGT基因家族成员,再通过理化性质分析、系统发育分析、染色体定位、基因结构及保守基序分析和不同处理下松材线虫体内Bx UGTs的基因表达谱来研究该基因家族的具体功能。结果显示,松材线虫UGT基因家族共有47个成员,其所含有氨基酸长度在145-1,704个残基间分布,相对分子量在16,549.93-196,091.9 Da之间。整个基因家族成员被划分为8个不同的亚家族,集中分布在松材线虫前6条染色体上。各成员间基因结构与保守基序构成差异较大,但同亚家族的成员间具有相似保守基序。松材线虫UGT基因家族成员与外源杀线物质间存在明显互作关系,尤其是Bx UGT13、Bx UGT14和Bx UGT16。3.通过分析不同浓度的α-蒎烯,β-蒎烯和香芹酮对松材线虫的杀虫活力,找到最适处理浓度和时间,并以此为基础处理松材线虫,再通过RT-q PCR试验分析松材线虫体内Bx UGT13、Bx UGT14和Bx UGT16的基因表达量变化。结果显示,香芹酮对松材线虫的杀虫活力较高,三种植物源杀线剂24 h时的LC50更具有代表意义,Bx UGTs在应对不同外源杀线物质时所表达的功能不同,松材线虫体内Bx UGT16在线虫抵抗外源杀线物质过程中发挥重要的解毒功能。综上所述,本文探索了松材线虫UGT基因家族在抵抗外源杀线物质时所发挥的功能,明确了UGT基因家族的解毒功能,为揭示松材线虫解毒机理提供了新切入点,为开发新型植物源杀线剂提供了新靶标,为防治松材线虫提供了新方向。
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