东方粘虫肌质网钙泵(SERCA)基因在雷公藤次碱杀虫作用中的功能研究

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雷公藤次碱是杀虫植物雷公藤(Tripterygium wilfordii Hook.f.)的主要活性成分,对小菜蛾(Plutella xylostella)、东方粘虫(Mythimna separata)及菜青虫(Pieris rapae)等多种害虫具有较好的胃毒作用。前期研究表明雷公藤次碱的作用靶标可能存在于昆虫的肌肉系统,且转录组测序结果也表明雷公藤次碱对钙离子相关蛋白的基因表达量有显著影响。鉴于此,本研究基于雷公藤次碱对Ca2+-ATPase活性的影响,利用RNAi技术验证了东方粘虫肌质网钙泵(SERCA)基因在雷公藤次碱杀虫作用中的功能,并采用同源建模和分子对接技术探索了其与肌质网钙泵的结合方式,以期明确肌质网钙泵作为雷公藤次碱分子靶标的可能性,为进一步探讨其杀虫机理奠定基础。主要研究结果如下:  1、雷公藤次碱对粘虫幼虫和成虫Ca2+-ATPase活性均具有明显影响。活体条件下,雷公藤次碱(LC75处理)对粘虫幼虫和成虫Ca2+-ATPase活性均表现为激活,36h的酶比活力较对照增加43.34%;离体条件下,雷公藤次碱对幼虫Ca2+-ATPase也具有激活作用,在低浓度下对成虫Ca2+-ATPase具有一定的激活作用,但在高浓度下影响不显著。  2、采用RT-PCR及RACE技术克隆获得粘虫SERCA基因,其全长为4139bp,其中5’端非编码区205bp,3’端非编码区971bp,开放阅读框2964bp,编码987个氨基酸;qRT-PCR检测表明SERCA基因在5龄幼虫和成虫中的表达量较高,且在体壁肌肉组织和消化道中表达量相对较高。  3、合成了粘虫SERCA基因的dsRNA片段(dsMsSERCA1、dsMsSERCA2、dsMsSERCA3和dsMsSERCA4),对粘虫幼虫显微注射dsMsSERCA1、dsMsSERCA2、dsMsSERCA3和dsMsSERCA448h后干扰率分别为54.5%、31.2%、61.2%和41.8%;注射dsMsSERCA4后3、4、5d,试虫体重分别下降52.70%,60.01%和58.02%,且注射了dsMsSERCA的粘虫表现出提前化蛹或是无法正常化蛹的现象。注射dsMsSERCA24h后,再分别用LC50剂量的雷公藤次碱处理,48h后的死亡率分别为32.5%、30.00%、25.00%和43.77%,说明注射dsMsSERCA后试虫对雷公藤次碱的敏感性下降,SERCA与雷公藤次碱的杀虫作用有关。  4、同源建模和分子对接技术预测表明雷公藤次碱能紧密地结合至粘虫SERCA氨基酸残基Leu-48、Val-49、Leu-240、Phe-243、Leu-247、Pro-295、Leu-298、Pro-299和Ile-302所组成的疏水性空腔。  综合以上结果,粘虫的肌质网钙泵(SERCA)在雷公藤次碱杀虫作用中具有重要的作用。当雷公藤次碱经昆虫取食进入虫体后,可与肌质网上的肌质网钙泵结合,导致细胞内钙稳态失衡,进而影响到肌肉系统的结构与功能,试虫逐步死亡。
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