【摘 要】
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蚜虫是一类重要农业害虫,也是许多植物病毒的有效传播载体,能够严重危害蔬菜、水果和粮食作物生产。在农业生产中由于长期大规模使用化学杀虫剂防治蚜虫,导致了害虫产生了较严重的抗药性,同时对环境安全也构成潜在威胁。近年来,RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术在植物保护领域展现出了巨大的潜力,被视为防治害虫的一种新途径。几丁质是昆虫表皮和围食膜的主要组成成分,且不存在于植物和哺乳动物
【基金项目】
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西北农林科技大学基本科研业务费专项资金“豌豆蚜几丁质合成酶功能及基于RNAi敏感杀蚜剂研究(2452018109)”;
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蚜虫是一类重要农业害虫,也是许多植物病毒的有效传播载体,能够严重危害蔬菜、水果和粮食作物生产。在农业生产中由于长期大规模使用化学杀虫剂防治蚜虫,导致了害虫产生了较严重的抗药性,同时对环境安全也构成潜在威胁。近年来,RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术在植物保护领域展现出了巨大的潜力,被视为防治害虫的一种新途径。几丁质是昆虫表皮和围食膜的主要组成成分,且不存在于植物和哺乳动物中,因而几丁质合成途径重要酶基因可作为重要潜在的杀虫剂靶标,具有重要的研究价值和应用潜力。本研究以豌豆蚜体内的2个几丁质合成相关酶——可溶型海藻糖酶(ApTre-1)和几丁质合成酶(ApCHS-1)基因为靶基因,在对其进行基因克隆和不同龄期的表达水平分析的基础上,采用RNAi技术对其进行了干扰效率的测定,并进一步探索了RNAi技术与2种化学杀虫剂联用对豌豆蚜的存活率的影响,旨在为基于RNAi技术的害虫防治奠定前期基础。上述研究取得的主要结果归纳如下:1.通过PCR扩增技术克隆获得豌豆蚜的ApTre-1和ApCHS-1的编码基因序列。ApTre-1基因开放阅读框(ORF)全长1770个核苷酸,编码589个氨基酸残基,在基因组中的DNA序列由9个外显子和8个内含子组成。ApTre-1蛋白在N段含有一段长为20 aa的信号肽,有4个糖基化位点,蛋白质分子量为68.3KDa,理论等电点为6.1;ApCHS-1基因开放阅读框(ORF)全长4701个核苷酸,编码1566个氨基酸残基,在基因组中的DNA序列由19个外显子和18个内含子组成。ApCHS-1蛋白含有16个跨膜区域、9个糖基化位点,蛋白质分子量为180.24 KDa,理论等电点为6.20。2.通过实时荧光定量PCR检测,明确了ApTre-1和ApCHS-1基因在蚜虫不同生长发育期的表达水平变化特征。ApTre-1基因在一龄若蚜的表达量最高,显著高于其它龄期。三龄若蚜和成蚜的相对表达量最低,且与二龄若蚜具有显著性差异。ApCHS-1基因在一龄期表达量较低,在二龄、三龄若蚜期,表达量快速上升且显著高于其它龄期,在四龄若蚜期,ApCHS-1的表达量下降明显,但在成蚜期ApCHS-1的表达量又有所升高。3.对四龄若蚜进行显微注射dsApTre-1和dsApCHS-1后,结果表明蚜虫体内的ApTre-1和ApCHS-1基因表达均受到了不同程度的抑制。分别注射针对ApTre-1基因的2种dsRNA(dsApTre-1-1、dsApTre-1-2)和针对ApCHS-1基因的3种dsRNA(dsApCHS-1-1、dsApCHS-1-2和dsApCHS-1-3)片段48 h后,靶基因ApTre-1的表达水平分别下降了53.5%、29.4%,靶基因ApCHS-1的表达水平分别下降了21.1%、30.8%和22.6%。在此基础上,进一步选择dsApTre-1-1和dsApCHS-1-2片段分别与人工饲料混合采用饲喂法测定其RNAi效率,当dsApTre-1-1和dsApCHS-1-2浓度达到1000 ng/μL时,ApTre-1和ApCHS-1基因的表达水平分别下降36.6%、13.7%,ApTre-1基因的表达水平显著低于对照。但上述2种dsRNA片段混合液总浓度至1000 ng/μL,再与人工饲料混合进行饲喂试虫后,与对照组(饲喂dsGFP)相比靶基因表达水平无显著变化。4.将RNAi技术与2种杀虫剂进行联合作用测定,发现终浓度为1000 ng/μL的dsApTre-1-1和dsApCHS-1-2与440 mg/L除虫脲联合使用后,豌豆蚜死亡率分别为53.33%和30%;浓度为1000 ng/μL的dsApTre-1-1和dsApCHS-1-2片段与0.9 mg/L吡虫啉联合使用后,处理组豌豆蚜的存活率明显下降,其死亡率分别为46.67%和38.33%。上述结果表明,dsApTre-1-1与杀虫剂联用,试虫死亡率显著提高;dsApCHS-1-2与杀虫剂联用,与对照dsGFP死亡率无显著差异。综上,本研究表明ApTre-1和ApCHS-1基因在豌豆蚜不同龄期的表达水平变化差异明显;显微注射法测定的针对两个靶基因的dsRNA的干扰效率远高于人工饲料饲喂法测定的结果,说明饲喂法需要较高浓度dsRNA才会引发明显的靶基因沉默效应;dsRNA与化学杀虫剂的联合应用表明,RNAi对杀虫剂有一定的增效作用。上述研究为基于RNAi技术的蚜虫防治进行了有意义的前期探索,也为RNAi技术在害虫防治中的可能应用途径提供了有价值的参考。
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