钙粘蛋白基因r17和r18突变介导的红铃虫对转Bt基因棉花的抗性机制
发布时间：2021-07-01 08:25
转Bt基因抗虫棉花（Bt棉）自1997年在我国商业化以来,对红铃虫、棉铃虫等主要靶标害虫起到了很好的控制作用,但Bt棉的连续大规模种植对靶标害虫造成了持续的选择压,尤其是对食性单一的红铃虫。近年来,我国长江流域红铃虫田间种群曾出现对Bt棉的抗性倍数显著上升的情况,这将对长江流域Bt棉的使用寿命构成威胁。解决这个问题之前,长江流域红铃虫对Bt棉的抗性水平后续如何变化及对Bt棉的抗性机制等问题仍有待进一步研究。为此,本研究以红铃虫室内品系和田间种群个体为材料,对我国长江流域红铃虫田间种群进行了Cry1Ac敏感性测定和抗性基因频率分子检测,从田间种群中筛选、建立了两个红铃虫Cry1Ac抗性品系,对其携带的抗性等位基因进行克隆、鉴定和遗传分析,从基因、遗传、蛋白等水平揭示其抗性机制,并建立DNA检测的抗性监测方法。本文主要研究结论如下:1. Cry1Ac敏感性测定结果表明,与前人2008-2010年的抗性监测结果相比,长江流域红铃虫田间种群对Bt棉的敏感性有所恢复。2012-2015年该流域红铃虫各地方种群对Cry1Ac的年度平均LC50在0.23-0.27μg/m L之...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发达国家与发展中国家1996-2017转基因作物种植面积（百万公顷）(James2017)
红铃虫钙粘蛋白基因r17和r18突变介导的Bt棉花抗性机制研究3发展中国家相比发达国家，在转基因作物的种植面积方面从1996年的逐年缩小差距，直至2011年与发达国家相当，之后有所反超（图1-1）(James2017)。截至2012年，转基因作物给发展中国家累计创造了579亿美元的收益，而发达国家略高，为590亿美元(BrookesandBarfoot2014)，而到2017年，全球累计效益超过了1750亿美元(James2017)。此外，转基因作物的大面积种植显著降低了化学农药的使用频率和使用量，节省了人力和资金成本的同时改善了环境质量(Wuetal2008,Carpenter2010,Carrièreetal2010,Tabashnik2010)。综上所述，转基因作物在增加产量、防治害虫、减少农药施用的同时，也为人们带来了卓著的经济、社会和环境效益。图1-22017年转基因作物种植面积在100万公顷以上的10个国家(James2017)Fig.1-2Top10countriesgrowing1millionhectaresormorein2017(James2017)
华中农业大学2019届博士研究生学位论文6图1-3Cry类杀虫蛋白在昆虫中的作用模型(Adangetal2014)Fig.1-3ModeofactionofCrytoxinsininsect(Adangetal2014)1.3.2信号转导模型对信号转导模型而言，Cry原毒素被活化后，与钙粘蛋白受体相互作用从而激活了G蛋白介导的信号通路，使得腺苷酸环化酶被激活，ATP被水解成环磷酸腺苷cAMP，而蛋白激酶A又被cAMP激活，导致其它蛋白磷酸化从而改变活性，进一步引起细胞死亡；随后中肠上皮组织被破坏，最终造成昆虫死亡(Zhangetal2006,Vachonetal2012,Adangetal2014b)。此外，在部分害虫抗性品系中，Cry1Ab与Cry1Ac原毒素比活化毒素杀虫活性更高，这表明Bt杀虫蛋白可能还有其它新的作用模式，并且在这些模式中原毒素与活化毒素通过不同的作用方式发挥杀虫作用(Tabashniketal2015b)。1.4昆虫对Bt蛋白的抗性机制昆虫从取食Bt蛋白到最终中毒死亡是需要一系列的反应步骤。理论上说，中间的任一步骤发生变化，均有可能导致Bt蛋白杀虫活性的下降，换言之，昆虫对Bt蛋白产生了抗性。在实验室内，原毒素被蛋白酶水解、活化毒素与受体结合、细胞穿孔并最终导致细胞裂解这三个步骤的改变最容易导致昆虫对Bt蛋白产生抗性；在田间，大多是由于昆虫中肠内受体与Bt蛋白结合能力下降或受体基因表达量降低导致对Bt蛋白产生抗性(PeraltaandPalma2017)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国棉花产业发展现状及展望[J]. 卢秀茹,贾肖月,牛佳慧. 中国农业科学. 2018(01)
[2]中国棉花产业百年发展历程[J]. 喻树迅. 农学学报. 2018(01)
[3]中国棉花生产制约因素与发展前景分析[J]. 杜珉. 世界农业. 2017(11)
[4]人类7000年的棉花史[J]. 晓兰. 中国纤检. 2017(08)
[5]中国转基因棉花研发应用二十年[J]. 郭三堆,王远,孙国清,金石桥,周焘,孟志刚,张锐. 中国农业科学. 2015(17)
[6]A Fragment of Cadherin-Like Protein Enhances Bacillus thuringiensis Cry1B and Cry1C Toxicity to Spodoptera exigua（Lepidoptera:Noctuidae）[J]. LU Qiong1,2*,ZHANG Yong-jun2*,CAO Guang-chun2,ZHANG Li-li1,2,LIANG Ge-mei2,LU Yan-hui2,WU Kong-ming2,GAO Xi-wu1 and GUO Yu-yuan2 1 College of Agriculture and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 100193,P.R.China 2 State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests/Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,P.R.China. Journal of Integrative Agriculture. 2012(04)
[7]转基因棉花的研发现状与发展策略[J]. 刘晨曦,吴孔明. 植物保护. 2011(06)
[8]棉红铃虫人工饲料饲养技术[J]. 吴金萍,武怀恒,万鹏,黄民松. 湖北农业科学. 2008(07)
[9]苏云金杆菌-δ内毒素作用机理及抗性研究进展[J]. 张怀江,李长友,程林友,盖树鹏,郑桂玲,李国勋. 东北农业大学学报. 2006(03)
[10]利用SPSS软件计算杀虫剂的LC50[J]. 贾春生. 昆虫知识. 2006(03)
博士论文
[1]Vip3AcAa对几种鳞翅目害虫的毒杀机制及与Cry1Ac的交互作用[D]. 陈文波.福建农林大学 2017
[2]长江流域棉红铃虫钙粘蛋白抗性等位基因的鉴定及分析[D]. 王玲.中国农业科学院 2017
硕士论文
[1]长江流域棉区红铃虫抗性基因频率检测[D]. 王金涛.华中农业大学 2014
本文编号：3258795
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发达国家与发展中国家1996-2017转基因作物种植面积（百万公顷）(James2017)
红铃虫钙粘蛋白基因r17和r18突变介导的Bt棉花抗性机制研究3发展中国家相比发达国家，在转基因作物的种植面积方面从1996年的逐年缩小差距，直至2011年与发达国家相当，之后有所反超（图1-1）(James2017)。截至2012年，转基因作物给发展中国家累计创造了579亿美元的收益，而发达国家略高，为590亿美元(BrookesandBarfoot2014)，而到2017年，全球累计效益超过了1750亿美元(James2017)。此外，转基因作物的大面积种植显著降低了化学农药的使用频率和使用量，节省了人力和资金成本的同时改善了环境质量(Wuetal2008,Carpenter2010,Carrièreetal2010,Tabashnik2010)。综上所述，转基因作物在增加产量、防治害虫、减少农药施用的同时，也为人们带来了卓著的经济、社会和环境效益。图1-22017年转基因作物种植面积在100万公顷以上的10个国家(James2017)Fig.1-2Top10countriesgrowing1millionhectaresormorein2017(James2017)
华中农业大学2019届博士研究生学位论文6图1-3Cry类杀虫蛋白在昆虫中的作用模型(Adangetal2014)Fig.1-3ModeofactionofCrytoxinsininsect(Adangetal2014)1.3.2信号转导模型对信号转导模型而言，Cry原毒素被活化后，与钙粘蛋白受体相互作用从而激活了G蛋白介导的信号通路，使得腺苷酸环化酶被激活，ATP被水解成环磷酸腺苷cAMP，而蛋白激酶A又被cAMP激活，导致其它蛋白磷酸化从而改变活性，进一步引起细胞死亡；随后中肠上皮组织被破坏，最终造成昆虫死亡(Zhangetal2006,Vachonetal2012,Adangetal2014b)。此外，在部分害虫抗性品系中，Cry1Ab与Cry1Ac原毒素比活化毒素杀虫活性更高，这表明Bt杀虫蛋白可能还有其它新的作用模式，并且在这些模式中原毒素与活化毒素通过不同的作用方式发挥杀虫作用(Tabashniketal2015b)。1.4昆虫对Bt蛋白的抗性机制昆虫从取食Bt蛋白到最终中毒死亡是需要一系列的反应步骤。理论上说，中间的任一步骤发生变化，均有可能导致Bt蛋白杀虫活性的下降，换言之，昆虫对Bt蛋白产生了抗性。在实验室内，原毒素被蛋白酶水解、活化毒素与受体结合、细胞穿孔并最终导致细胞裂解这三个步骤的改变最容易导致昆虫对Bt蛋白产生抗性；在田间，大多是由于昆虫中肠内受体与Bt蛋白结合能力下降或受体基因表达量降低导致对Bt蛋白产生抗性(PeraltaandPalma2017)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国棉花产业发展现状及展望[J]. 卢秀茹,贾肖月,牛佳慧. 中国农业科学. 2018(01)
[2]中国棉花产业百年发展历程[J]. 喻树迅. 农学学报. 2018(01)
[3]中国棉花生产制约因素与发展前景分析[J]. 杜珉. 世界农业. 2017(11)
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[5]中国转基因棉花研发应用二十年[J]. 郭三堆,王远,孙国清,金石桥,周焘,孟志刚,张锐. 中国农业科学. 2015(17)
[6]A Fragment of Cadherin-Like Protein Enhances Bacillus thuringiensis Cry1B and Cry1C Toxicity to Spodoptera exigua（Lepidoptera:Noctuidae）[J]. LU Qiong1,2*,ZHANG Yong-jun2*,CAO Guang-chun2,ZHANG Li-li1,2,LIANG Ge-mei2,LU Yan-hui2,WU Kong-ming2,GAO Xi-wu1 and GUO Yu-yuan2 1 College of Agriculture and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 100193,P.R.China 2 State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests/Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,P.R.China. Journal of Integrative Agriculture. 2012(04)
[7]转基因棉花的研发现状与发展策略[J]. 刘晨曦,吴孔明. 植物保护. 2011(06)
[8]棉红铃虫人工饲料饲养技术[J]. 吴金萍,武怀恒,万鹏,黄民松. 湖北农业科学. 2008(07)
[9]苏云金杆菌-δ内毒素作用机理及抗性研究进展[J]. 张怀江,李长友,程林友,盖树鹏,郑桂玲,李国勋. 东北农业大学学报. 2006(03)
[10]利用SPSS软件计算杀虫剂的LC50[J]. 贾春生. 昆虫知识. 2006(03)
博士论文
[1]Vip3AcAa对几种鳞翅目害虫的毒杀机制及与Cry1Ac的交互作用[D]. 陈文波.福建农林大学 2017
[2]长江流域棉红铃虫钙粘蛋白抗性等位基因的鉴定及分析[D]. 王玲.中国农业科学院 2017
硕士论文
[1]长江流域棉区红铃虫抗性基因频率检测[D]. 王金涛.华中农业大学 2014
本文编号：3258795
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