亚洲玉米螟Cry1Ah抗性遗传规律与分子基础研究

发布时间：2020-07-29 09:18

【摘要】：表达杀虫蛋白的转基因作物防治鳞翅目害虫已广泛应用20多年。然而,室内及田间例证表明靶标害虫抗性种群的产生威胁转基因作物的可持续应用。亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis是玉米重要害虫之一,是转cry1Ah基因玉米的靶标害虫。明确靶标害虫的抗性遗传规律及其分子基础是建立适宜抗性治理策略的重要基础。因此,本文旨在明确亚洲玉米螟对Cry1Ah的抗性演化与遗传规律以及抗性的分子基础。评估了抗性遗传的母体效应、性连锁和显性度。另外,通过回交的方式评估了调控抗性的基因位点数目。采用改进的Pull-down方法,即将Cry1Ah蛋白和NHSactivated sepharose活化琼脂糖进行液相色谱与质谱联用分析,鉴定了Cry1Ah蛋白在ACB-BtS和ACB-AhR两个品系BBMV上的受体蛋白,进而通过组学分析从转录和翻译水平比较了ACB-BtS和ACB-AhR在的异同。在人工饲料添加Cry1Ah蛋白汰选48代的ACB-AhR品系对Cry1Ah产生了200倍的抗性;该抗性品系能够在转cry1Ah基因玉米上存活。该品系对Cry1F产生了高达464倍的交互抗性;对Cry1Ab和Cry1Ac产生了中等水平的交互抗性,交互抗性水平分别为28.38倍和22.11倍;对Cry1Ie没有产生交互抗性。ACB-AhR的交互抗性模式同ACB-FR的模式不对称。ACB-FR对Cry1Ah没有产生交互抗性,说明:这两个抗性品系的抗性机制不同。Cry1Ah抗性为常染色体遗传。抗性显性度随着毒素浓度的降低而增加。用转cry1Ah基因玉米组织生测,抗性表现为功能隐性遗传。抗性为多基因调控。Pull-down分析结果表明:在敏感品系中,Cry1Ah能够结合多种蛋白,主要包括碱性磷酸酶(ALP)、钙黏蛋白(CAD)、肌动蛋白、氨肽酶(APN)、酚氧化酶(proPO)、丝氨酸蛋白酶抑制剂(SPI)、immulectin、V-ATP酶,以及一些从未报道过的结合蛋白。在抗性品系中,没有检测到Cry1Ah同ALP的结合,表明亚洲玉米螟对Cry1Ah产生抗性可能同该蛋白的缺失有关。另外,选取了12个代表性基因,比较了这些基因在ACB-BtS和ACB-AhR中的表达量。相比ACB-BtS品系,ACB-AhR的proPO、ALP、和APN的表达量分别增加了7.5倍、6.2倍、1.4倍;但是cad的表达量下降了0.7倍。该实验结果一方面表明亚洲玉米螟对Cry1Ah产生抗性同ALP和CAD受体位点的减少、免疫系统的增强有关;一方面为Cry1Ah同免疫相关蛋白直接结合提供了证据。“组学”分析结果表明:ACB-BtS和ACB-AhR共转录了7007个mRNA和表达了182个蛋白,90个转录本具有同步转录和翻译功能。同Cry1Ah抗性相关的下调基因包括:APN、ABCC3、DIMBOA诱导细胞色素P450、ALP、谷胱甘肽S-转移酶、CAD、V-ATP酶。上调基因包括热激蛋白70和羧酸酯酶。与抗性相关的基因大多为下调基因。KEGG分析结果表明:578个差异表达基因和29个差异蛋白分别参与27个代谢途径和10个代谢途径。另外,基于随机选择基因相对表达量的RT-qPCR结果证实了“组学”反应。DEGS结果对进一步阐明亚洲玉米螟对Cry1Ah的抗性提供了参考价值。以上结果表明ACB具有对Cry1Ah玉米产生抗性的潜在风险,在7天的侵染之后。其抗性为常染色体遗传,无性链锁,多基因调控且为功能性隐形。ACB-AhR对Cry1Ab和Cry1Ac中等交互抗性,对Cry1F产生了不对称性的高水平交互抗性,而对Cry1Ie没有交互抗性。Cry1Ah抗性可能与ALP、CAD受体位点的减少及免疫力增强有关。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.132

【参考文献】

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1 杨军;仇焕广;董婉璐;曹智;;2014年国内外玉米市场分析及2015年展望[J];农业展望;2015年03期

2 吕霞;王慧;曾兴;杨小艳;翁建峰;邸宏;郭燕博;王振华;李新海;;转基因抗虫玉米研究及应用[J];作物杂志;2013年02期

本文编号：2773761