花椒窄吉丁三大解毒酶基因的初步筛选及GST基因的表达分析
花椒窄吉丁（AgriluszanthoxylumiHou）是为害花椒树的一种重要蛀干害虫，以幼虫在树干中越冬，啃食韧皮部为主，大量发生时造成树势严重下降，枝干流胶、腐坏，严重影响花椒产业经济发展。目前最常见的防治手段以化学农药结合人工防治为主，但农药使用频率及种类的增加，会使得害虫极容易产生抗药性，害虫治理防不胜防。昆虫在取食植物后，体内的解毒酶会因植物次生物质的作用而发挥诱导代谢功能，起到保护昆虫的效果。目前已明确对杀虫剂的解毒抗性及寄主适应性与解毒代谢相关蛋白密切相关，发挥主要作用的三类解毒酶分别是细胞色素P450、谷胱甘肽-S-转移酶、羧酸酯酶，它们在昆虫体内进行解毒的方式各异，种类较多，明确其解毒代谢机制对于花椒窄吉丁的抗药性监测及治理工作提供思路和依据。本研究以课题组已有的花椒窄吉丁转录组数据为背景，筛选鉴定具有解毒代谢功能的三大解毒酶基因，并进行系统的生物信息学分析，针对三大解毒酶在花椒窄吉丁雌雄成虫体内的酶活性进行了测定，然后根据转录组数据针对GST基因进行克隆鉴定，测定GST基因在花椒窄吉丁不同性别、不同组织部位的表达情况。取得的主要结果有： 1.三大解毒酶初步筛选：共注释到13条花椒窄吉丁GST基因，43条CYP基因，22条羧酸酯酶CarE基因，GST基因共鉴定到Delta和Sigma两个家族，细胞色素P450鉴定到CYP3、CYP4、CYP6、CYP9、CYP12共5种基因，CarEs鉴定到4个亚族的基因，12条为α-酯酶亚族，2条为乙酰胆碱酯酶亚族，4条为保幼激素酯酶，4条为未分类家族。系统发育结果表明花椒窄吉丁与白蜡窄吉丁、黄粉虫的GST基因的进化关系最为接近。细胞色素P450及羧酸酯酶相关基因均与白蜡窄吉丁的置信度最高，进化关系最为接近。 2.解毒酶活力分析：酶活测定结果显示在花椒窄吉丁在雌雄虫之间存在着差异，花椒窄吉丁雄虫每克样本每分钟催化1μmolCDNB与GSH结合的能力整体高于雌虫，雄虫体内的GST酶活力要高于雌虫。细胞色素P450在花椒窄吉丁雄虫组织中的浓度略高于雌虫，初步推测花椒窄吉丁细胞色素P450酶活力在雄虫中较高。雌虫每克组织每分钟催化吸光值的增加速率整体高于雌虫，初步推测花椒窄吉丁雌虫的CarE酶活力强于雄虫。 3.GST基因的克隆及组织表达分析：最终成功克隆到5个GST基因，均具有完整的开放阅读框。AzanGST基因在不同组织及不同性别中均呈现差异表达，在各组织中的表达量表现为雄虫整体高于雌虫，尤其在头部显著表达，5个基因在雄虫头部的表达量均高于雌虫头部，AzanGST3及AzanGST5在雄虫头部的表达量分别约为雌虫头部的27倍和13倍，雄虫的头部、腹部以及翅部的表达量较高，雄虫的腹部表达量约为雌虫腹部的19倍。在花椒窄吉丁雌虫中表达量最高的部位是翅，足部和腹部也相对较高，在雄虫中的表达量最高的部位是头部、紧随其后的是腹部和翅部。 研究结果所挖掘的相关基因可为花椒窄吉丁的抗性机制及代谢研究提供数据基础，在实践上为制定花椒窄吉丁可持续的绿色防控策略提供新思路。
花椒窄吉丁;谷胱甘肽S-转移酶;细胞色素P450;羧酸酯酶;酶活力
西北农林科技大学
硕士
林学
谢寿安
2021
中文
S573.9
2022-04-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）