褐飞虱黑色素合成通路相关基因的功能分析
发布时间：2020-04-03 02:15
【摘要】：褐飞虱(BPH)Nilaparvata iugens,隶属半翅目(Hemiptera),飞虱科(Delphacidae),是亚洲地区水稻上的主要害虫之一。黑色素通路对于昆虫体色素沉积具有重要作用,在其调控下,昆虫呈现体色多型现象,并且参与表皮硬化、伤口修复、防卫病原体入侵等多种重要的生理活动。本研究将果蝇Drosophila melanogaster的黑色素通路相关基因的蛋白序列作为queries在实验室已经完成的褐飞虱转录组数据库中搜索其同源基因,通过筛选得到了6条序列,并分别命名为Nlyellow,NlTH,Nlddc,Nlblack,Nlebony,NlaaNAT。利用荧光定量PCR技术检测在褐飞虱中的时空表达差异,其中六个基因在若虫3龄到成虫的每次蜕皮前后呈现周期性变化,Nlyvellow基因和Nlddc基因在每个龄期末期高表达、初期低表达,NlTH、Nlblack、NlaaNAT T和Nlebony基因在每个龄期初期高表达,末期低表达。六个基因在脑、唾液腺、体壁、脂肪体、消化道、卵巢、精巢组织内均有表达,但是在体壁中的表达量都相对较高。RNAi技术分析六个基因的功能,结果表明,3龄若虫Nlblack,Nlebony被干扰后,出现了周身体色变黑,NlTH被干扰后,虫体无法黑化和硬化,这些与其它昆虫中报道的现象相似。有趣的是,我们也发现了与其他昆虫不同的表型变化:(1)沉默NlaaANT之后,若虫的后足基节和胸部的连接处出现了局部变黑;(2)低龄若虫沉默Nlddc发育至成虫后,体色呈现中间色,并且前翅翅斑出现淡化甚至消失。后续对干扰雌虫进行生殖力实验分析,发现dsNlddc干扰初羽化之后的雌虫,与对照dsGFP处理后的雌虫相比,产卵量和孵化率都出现了显著下降;(3)干扰Nlyellow之后,3龄若虫末期出现蜕皮困难。本论文明确了黑色素通路6个基因对体色的调控作用及其对褐飞虱其它生理活动比如生殖力等的影响,这对于了解这一农业害虫体色多型现象和防治都具有重要意义。
【图文】：
不同部位的体色变化，并且沉默基因表达后出现的现象与家蚕、果蝇等不完全相逡逑同，说明了进化过程中同源基因功能发生改变。并且为解释这种局部体色的变化，逡逑研究还提出黑色素参与模式假设（图１．２）。Ｌｉｕ等认为在没有色素基因参与的情况逡逑下，昆虫本身会有基础底色（Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ邋ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ），在发育过程中由于色素基逡逑因的参与，在假定的体色的局部参与合成（／ｃｗ，邋＞＾ｅ／／ｏｗ）或者抑制黑色素逡逑Ｗｄ枝形成，使假定的底色局部变黑（Ｐａｉｎｔｉｎｇ邋ｍｏｄｅ）或者黑色消失（Ｅｒａｓｉｎｇ逡逑ｍｏｄｅ），甚至出现混合色（Ｍｉｘｅｄ邋ｍｏｄｅ），，从而形成局部体色（Ｆｉｎａｌ邋ｍｅｌａｎｉｎ邋ｐａｔｔｅｒｎ）逡逑差异（Ｌｉｕｅｋ／．，２０１６）。这一模式可以解释多种昆虫局部体色差异的成因，为了解逡逑色素基因参与着色模式提供理论依据。逡逑＾逦Ｖ逡逑Ｅｒａｕｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑■邋－ＩＩ逡逑攎．ｍ／ｓ逡逑Ｐａ？ｉｔｍｇ邋ｍｏｄ＊逦｜｜｜逡逑Ｐｒｅｄｍｔｎａｒｙ邋Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ邋Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ逦Ｆｉｎａｌ邋Ｍｅｌａｎｉｎ邋Ｐａｔｔｅｒｎｓ逡逑图１．２昆虫三种黑色素参与模式假设图（以乳草长蝽为例）逡逑参考（Ｌｉｕ邋ｅｒＭ，邋２０１６）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｒｅｅ邋ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｍｏｄｅｓ邋ｏｆ邋ｉｎｓｅｃｔ邋ｍｅｌａｎｉｎ邋ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ邋（Ｏ．ｆａｓｃｉａｔｕｓ）逡逑７逡逑
，联配，其中黑色区域表示保守度很高的氨基酸残基，浅色阴影区域次之。逡逑２．２．２．１邋ＮＩＹｅｌｌｏｗ邋序歹丨Ｊ分析逡逑ＮｌＹｅｌｌｏｗ序列中包含一个２８０氨基左右的ＭＲＪＰ结构域（图２．１），属于快速逡逑进化的ＭＲＪＰ超基因家族，这个家族编码的蛋白最先在蜜蜂中发现而得名，并且逡逑是k爻嬷刑匾齑嬖冢ǎ蹋殄澹澹颍幔玻埃保埃Ｐ蛄辛浞治鋈缤迹玻玻司哂行蛄懈叨认噱义纤仆猓繁曜⒌模锤霰Ｊ氐陌腚装彼岵谢牵停遥剩屑易寤虮嗦氲鞍锥蓟竞义嫌械谋Ｊ匕被ǎ福ǎ海郏保保保比
本文编号：2612790
【图文】：
不同部位的体色变化，并且沉默基因表达后出现的现象与家蚕、果蝇等不完全相逡逑同，说明了进化过程中同源基因功能发生改变。并且为解释这种局部体色的变化，逡逑研究还提出黑色素参与模式假设（图１．２）。Ｌｉｕ等认为在没有色素基因参与的情况逡逑下，昆虫本身会有基础底色（Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ邋ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ），在发育过程中由于色素基逡逑因的参与，在假定的体色的局部参与合成（／ｃｗ，邋＞＾ｅ／／ｏｗ）或者抑制黑色素逡逑Ｗｄ枝形成，使假定的底色局部变黑（Ｐａｉｎｔｉｎｇ邋ｍｏｄｅ）或者黑色消失（Ｅｒａｓｉｎｇ逡逑ｍｏｄｅ），甚至出现混合色（Ｍｉｘｅｄ邋ｍｏｄｅ），，从而形成局部体色（Ｆｉｎａｌ邋ｍｅｌａｎｉｎ邋ｐａｔｔｅｒｎ）逡逑差异（Ｌｉｕｅｋ／．，２０１６）。这一模式可以解释多种昆虫局部体色差异的成因，为了解逡逑色素基因参与着色模式提供理论依据。逡逑＾逦Ｖ逡逑Ｅｒａｕｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑■邋－ＩＩ逡逑攎．ｍ／ｓ逡逑Ｐａ？ｉｔｍｇ邋ｍｏｄ＊逦｜｜｜逡逑Ｐｒｅｄｍｔｎａｒｙ邋Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ邋Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ逦Ｆｉｎａｌ邋Ｍｅｌａｎｉｎ邋Ｐａｔｔｅｒｎｓ逡逑图１．２昆虫三种黑色素参与模式假设图（以乳草长蝽为例）逡逑参考（Ｌｉｕ邋ｅｒＭ，邋２０１６）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｒｅｅ邋ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｍｏｄｅｓ邋ｏｆ邋ｉｎｓｅｃｔ邋ｍｅｌａｎｉｎ邋ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ邋（Ｏ．ｆａｓｃｉａｔｕｓ）逡逑７逡逑
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