滞育烟蚜茧蜂糖类积累相关基因克隆及表达分析

发布时间：2020-06-22 04:09

【摘要】：烟蚜茧蜂是一种优良的寄生性天敌昆虫,可长期有效地控制农作物、果树、蔬菜等多种植物上的蚜虫危害。滞育可以显著地延长天敌昆虫产品的货架期,提升天敌产品的防效。烟蚜茧蜂在滞育准备期显著积累糖原并转化成海藻糖,研究糖类的积累对揭示滞育过程的分子机制至关重要。有研究表明糖类的代谢主要由海藻糖信号通路及下游的糖原代谢途径调控,其中海藻糖合成酶(Trehalose 6-phosphate synthase,TPS)、糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase,GP)和糖原合成酶(Glycogen synthase,GYS)是参与糖原合成及糖原向海藻糖转化的关键调控酶。目前,这3种酶在烟蚜茧蜂滞育中的功能及相互作用等尚不明确。本研究以烟蚜茧蜂为试验对象,获取烟蚜茧蜂AgTPS、AgGP及AgGYS基因全长序列。并分析3个目的基因在滞育准备阶段、滞育维持阶段和滞育解除阶段的表达模式。最后,针对试验过程中发现的以烟草作为扩繁烟蚜茧蜂寄主植物培养周期长、占用空间大、湿度要求高等问题,进行了替代寄主植物的筛选和评估。主要研究结果如下:1.获得烟蚜茧蜂海藻糖合成酶AgTPS基因、糖原磷酸化酶AgGP基因及糖原合成酶AgGYS基因全长序列。AgTPS基因全长为2971bp,开放阅读框2385bp,编码794个氨基酸;AgGP基因全长为2590 bp,开放阅读框2535bp,编码844个氨基酸;AgGYS基因全长为2529bp,开放阅读框2073bp,编码690个氨基酸;3个基因所编码的蛋白均具有高度的保守性,与其他昆虫的同源蛋白一致性在90%以上。2.评估了Gapdh、PPI、β-tub、RPL13和RPII 5个常用内参基因在烟蚜茧蜂不同发育阶段和滞育状态中的稳定性。荧光定量结果中没有观测到PPI、β-tub及RPII基因的扩增曲线及熔解曲线。Gapdh基因稳定性高于RPL13基因,可作为本研究内参基因。3.滞育和非滞育条件下AgTPS、AgGP及AgGYS基因的表达模式存在显著差异:由于滞育条件的低温抑制了烟蚜茧蜂的代谢和发育,滞育条件下3龄幼虫中3个基因表达量均显著低于非滞育条件;4龄中期幼虫中AgGP和AgGYS基因表达量显著提升,推测为滞育准备阶段起始,说明这一阶段烟蚜茧蜂大量积累糖原同时降解部分糖原用于合成甘油抗寒物质;4龄末期幼虫中AgTPS基因表达量大幅上升,AgGP基因表达量维持不变,AgGYS基因表达量有所下降,这一龄期烟蚜茧蜂以糖原降解产物为原料大量合成海藻糖;滞育期间由于代谢活性降低和发育的抑制,所有基因表达量显著减少;滞育解除期AgTPS与AgGP基因表达量均维持在较低水平,AgGYS基因表达量显著提高,滞育准备期烟蚜茧蜂降解糖原合成的醇类化合物在滞育解除阶段再次合成糖原,糖原在滞育后发育中发挥着重要作用。4.测试了豌豆、蚕豆、大豆和绿豆4种豆科植物繁蚜、繁蜂能力及所繁育烟蚜茧蜂的生物学特征,并与烟草繁育的烟蚜茧蜂以及蚕豆组烟蚜茧蜂回接烟草所获得的子代蜂比较。结果表明:豆科植物与烟草所繁育烟蚜茧蜂寄生力、体型等生物学特征有显著性差异,但回接组烟蚜茧蜂与各项指标均不低于烟草组。综合考虑扩繁周期、经济成本等因素,蚕豆有望成为烟蚜茧蜂规模化扩繁的寄主植物。
【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】：2019
【分类号】：S476.3
【图文】：

滞育期,烟蚜茧蜂,红色标记,绿色

表明滞育烟蚜茧蜂滞育期间积累糖类而非脂肪作为能源物质和冷冻保护剂。上述信号通路和代谢过程如图1.1 所示。1.2.3.2 滞育烟蚜茧蜂的免疫效应通常情况下，代谢和发育的迟缓会导致昆虫滞育期间免疫力的下降。然而，作为确保昆虫在不利环境条件下生存的生理状态，滞育不应该降低昆虫抵御病原体的能力。一项关于眉纹天蚕蛾Samia cynthia 的研究表明滞育期间昆虫的免疫系统仍在发挥作用，昆虫可能通过调控特定蛋白的表达来维持滞育期间的免疫能力（Nakamura et al., 2011）。转录组和蛋白组分析发现，烟蚜茧蜂滞育期间 C 型凝集素（C-type lectins, CTL）和血蓝蛋白（Hemocyanin, HC）在蛋白质水平上调表达，酚氧化酶（Phenoloxidase, PO）在转录水平上调表达。CTL 蛋白质超家族可以结合并凝集细菌表面的脂多糖和脂磷酸（Dodd and Drickamer, 2001），在昆虫体液免疫中发挥重要作用。HC 是无脊椎动物血淋巴的主要成分，可通过凝集细菌参与无脊椎动物的非特异性免疫（Yan et al., 2011），HC 还可通过蛋白质裂解生成抗菌肽来应对微生物入侵（Destoumieux-Garzón et al., 2001）

烟蚜茧蜂,幼虫

烟蚜茧蜂幼虫总RNAFigure2.1ElectrophoretogramoftotalRNAfromlavaofA.gifuensis

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