苹果蠹蛾抗药性相关基因家族和关键基因抗药性GWAS分析

发布时间：2020-03-22 19:47

【摘要】：苹果蠹蛾在世界范围内广泛分布,是一种毁灭性的检疫害虫,以幼虫蛀果为害,对全球仁果产业造成巨大的经济损失。由于长期依赖化学杀虫剂进行防治,致使苹果蠹蛾在许多国家和地区抗药性问题日趋严重,同时导致防治成本和质量安全隐患不断增加。系统深入地研究苹果蠹蛾抗药性机理,挖掘新靶标是开辟苹果蠹蛾防治新方法的有效途径,迅速成为研究热点,同时,苹果蠹蛾基因组测序的完成大幅降低了研究难度。本文在苹果蠹蛾基因组数据基础上,利用生物信息学和分子生物学技术手段,深度挖掘苹果蠹蛾基因组中与抗药性相关的基因,并结合重测序数据挖掘抗药性相关的突变位点,获得11个与抗性相关的基因家族,进行了抗药性全基因组关联分析分析,为全面解析苹果蠹蛾抗药性机制提供了分子基础,并为新靶标基因的挖掘,新药剂研制和抗药性综合治理提供科学数据和理论依据。主要研究结果有以下三个方面:1.基于苹果蠹蛾基因组数据,从基因组水平高通量挖掘、分析抗药性相关的基因家族,获得了杀虫剂作用靶标基因和解毒代谢相关基因家族11个。其中,与解毒代谢相关的基因家族4个,包括:127个细胞色素P450基因、21个谷胱甘肽S-转移酶基因、74个羧酸酯酶基因、66个ABC转运蛋白;杀虫剂作用靶标基因家族7个,包括:4个谷氨酸门控的氯离子通道、4个GABA门控的氯离子通道、1个钙离子通道、1个电压门控钠离子通道、12个乙酰胆碱受体、2个乙酰胆碱酯酶基因和11个水通道蛋白编码基因。此外,与其他物种的基因组比较分析发现,苹果蠹蛾的P450基因、ABC转运蛋白、水通道蛋白均有显著扩增的现象。2.靶标抗性是昆虫抗药性的一个重要机制,从苹果蠹蛾的基因组数据中获得12条烟碱型乙酰胆碱受体基因序列,为进一步研究苹果蠹蛾对新烟碱类杀虫剂的靶标抗性机制奠定基础。利用现代分子生物学技术克隆获得了8条苹果蠹蛾nAChR亚基基因的全长序列,对上述8个基因序列结构的生物信息学分析表明:它们的分子量均在36-60 kD之间,PI值在4.7-8.0之间,均含有α螺旋、β折叠、延伸链和无规则卷曲,所含的内含子与外显子数目不尽相同,其基因序列比较保守。3.细胞色素P450的解毒功能也是昆虫抗药性的一种重要机制。通过对苹果蠹蛾基因组中127个P450基因进行5’RACE克隆,成功得到100个P450基因的5’UTR区域,将其定位到基因组中并利用苹果蠹蛾的重测序数据,进行GWAS分析。在100个P450基因的启动子区域共检测到与甲基谷硫磷抗性相关的SNP位点5个,与溴氰菊酯抗性相关的SNP位点49个,这些P450基因大部分是Clan3和Clan4亚家族的成员。在CarE、ABC和GST等其它几个关键基因的编码区域分别找到与甲基谷硫磷抗性相关的SNP位点4个,与溴氰菊酯抗性相关的SNP位点25个。
【图文】：

苹果蠹蛾,发育时期,幼虫

蠹蛾的发生与危害蛾 Cydia pomonella（L.），英文名为 Codling Moth（CM），又称苹果小卷叶蛾idoptera、卷蛾科 Tortricidae、小卷蛾亚科 Olethreutinae、Cydia 属。苹果蠹蛾起区域，随着苹果的种植面积的不断扩大和国际果品贸易活动的日益增加，苹果进行传播与扩散（Reyes and Sauphanor, 2008）。目前，苹果蠹蛾在世界范围内分布在除了格陵兰岛和南极洲以外的 70 多个国家和地区；其寄主范围比较广桃、沙果、石榴、杏、山楂、李、栗等几十种植物，是一种具有毁灭性的检疫蛾以幼虫直接蛀食果心，少数果实表面仅留有伤疤，多数果实表面布满虫孔，色的虫粪和果皮碎屑由蛀孔排出，聚集在果皮的表面，以丝状缠绕，串挂在蛀实的品质，为害严重时会造成大量落果，影响果实的产量，对全球仁果产业造953 年，新疆库尔勒地区首次发现苹果蠹蛾（张学祖, 1957），之后以其为中心向，导致新疆全境果园均有不同程度的发生。目前，苹果蠹蛾在甘肃省中西部、黑龙江南部地区、内蒙古西部地区以及辽宁绥中等地区均有分布，苹果蠹蛾的原和渤海湾的苹果产区带来了致命威胁（杨桦等, 2012）。截止到 2015 年，苹造成的经济损失高达 2.98 亿元，其中产量损失为每年 1.40 亿元，防治费用为每等, 2015）。

烟碱型乙酰胆碱受体

图 1-2 烟碱型乙酰胆碱受体的结构（Jones and Sattelle, 2010）Figure 1-2 Structure of nAChRs（Jones and Sattelle, 2010）虫烟碱型乙酰胆碱受体亚基的研究神经系统中重要的酶或受体是大多数杀虫剂的作用靶标，作为昆虫神经系统中织之一的烟碱型乙酰胆碱受体便成为了神经毒性类杀虫剂的选择性靶标（Mat的基因组于 2000 年发表（Deng et al., 2000），之后更多昆虫的全基因组测序被陆了昆虫 nAChRs 的研究。通过基因组测序发现，与脊椎动物相比，昆虫的 nA较小。在已发表的全基因组昆虫中，烟碱型乙酰胆碱受体亚基基因数量统计如phila melalogaster）10 个（Dα1-7，Dβ1-3）（Adams et al., 2000）；家蚕（Bombyxα1-9，，Bmβ1-3）（Shao et al., 2007）；冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）10 个（A）（Holt et al., 2002; Jones et al., 2005）；意大利蜜蜂（Apismallifera）11 个（Am-2）（Usda, 2006; Bentley et al., 2007）；丽蝇蛹集金小蜂（Nasonia vitripennis-12，Nvβ1-4）（Jones et al., 2010; Werren et al., 2010），豌豆蚜（Acyrthosiphon pi1-4，Apa6-10，Apβ1-2）（Dale et al., 2010; Tagu et al., 2010），赤拟谷盗（Tribolium c
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S433.4

【参考文献】