飞蝗预若虫表皮发育及其几丁质代谢分子机制研究

发布时间：2020-11-21 16:52

　　 飞蝗(Locusta migratoria)是重要的农业害虫,其胚胎期有多次表皮生成和降解,包括浆膜表皮形成与降解、胚胎第一层表皮形成与降解、胚胎第二层表皮形成与降解和胚胎第三层表皮形成。其中胚胎第二层表皮包裹飞蝗预若虫,称为预若虫表皮,其合成和降解受阻引起飞蝗孵化受阻,是早期飞蝗防治的重要阶段。本研究将通过对飞蝗预若虫表皮超微结构的动态观察,明确预若虫表皮结构及其形成和降解规律;通过研究飞蝗几丁质合成酶LmCHS1和几丁质酶LmCht5-2在预若虫阶段的表达特性、表达定位和功能研究,解析其参与预若虫表皮几丁质代谢的作用机制,为卵期害虫防治提供新的靶标分子。1、飞蝗预若虫表皮超微结构及几丁质发育变化通过对30℃条件下9-14 d飞蝗胚胎超微结构的动态观察发现,预若虫表皮分为上表皮(Epicuticle)和原表皮(Procuticle);于第10 d时(E10H0)开始生成,出现上表皮;E11H0时形成完整的含有原表皮和上表皮的表皮结构。降解步骤为:E12H0-E12H12上表皮和原表皮发生分离;E12H12-E13H0发生皮层溶离;E13H0-E14H0原表皮降解。荧光染料Fluorescent Brightener 28染色观察发现,预若虫表皮几丁质在E11时沉积最厚,与超微结构观察一致。E12时,预若虫表皮降解,几丁质变薄,并开始远离胚胎,E13-E14时,预若虫表皮几丁质逐渐降解。2.LmCHS1参与预若虫表皮几丁质合成RT-qPCR检测显示LmCHS1基因在E9时表达升高,在E11时达到最高峰。免疫组化发现,LmCHS1蛋白在表皮细胞质中表达;在E11时表达量最高,且可分泌至表皮层中。显微注射dsLmCHS1至E7飞蝗胚胎,发现RNAi可显著降低预若虫期LmCHS1的表达(约88%);造成飞蝗孵化受阻,致死率为50.6%。HE染色观察显示,dsLmCHS1组预若虫表皮形成受阻。免疫组化显示dsLmCHS1显著抑制LmCHS1蛋白表达并降低预若虫表皮几丁质的含量。超微结构观察显示,dsLmCHS1组原表皮形成受阻,几丁质片层结构消失。因此得出,LmCHS1对预若虫表皮几丁质合成和原表皮形成具有重要作用,是飞蝗卵期防治的重要靶标。3.LmCht5-2参与预若虫表皮几丁质降解几丁质酶5是参与昆虫表皮降解的重要酶类。飞蝗几丁质酶5包含2个基因,LmCht5-1和LmCht5-2。前期研究发现沉默LmCht5-1引起预若虫表皮原表皮降解受阻,孵化致死。本研究拟在此基础上,解析LmCht5-2参与飞蝗预若虫表皮降解的作用机制。RT-qPCR检测显示LmCht5-2基因E11时表达显著性提高,且在E12时仍维持相对较高的表达量。免疫组化发现,LmCht5-2蛋白在E12-E13具有较高表达量,可在表皮细胞和表皮层观察到红色荧光信号。通过显微注射技术对E9飞蝗胚胎注射dsLmCht5-2,发现RNAi可显著降低预若虫期LmCht5-2的表达(约87.5%);并造成飞蝗孵化受阻,致死率为80%。超微结构观察显示,干扰LmCht5-2影响飞蝗预若虫表皮上表皮/原表皮分离和原表皮降解。综上所述,飞蝗预若虫表皮分为原表皮和上表皮两部分,LmCHS1和LmCht5-2分别参与预若虫表皮几丁质的形成和降解,是早期害虫防治重要的分子靶标,本研究结果将为害虫卵期防治分子靶标的研发和基于调控卵的蜕皮发育进行害虫控制提供思路。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S433.2
【部分图文】：

图 2.1 飞蝗预若虫期表皮生成的超微结构观察Fig.2.1 Ultrastructure of the deposition of pro- nymph cuticle in L.migratoria注：Epi:上表皮 Epicuticle Pro:原表皮 Procuticle EC:表皮细胞 Epidermal cell 飞蝗预若虫期表皮降解过程的超微结构观察通过对预若虫表皮不同发育时期超微结构进行动态观察发现，E11H0 预若虫表

图 2.2 飞蝗预若虫期表皮的降解Fig.2.2 Degradation of pro- nymph cuticle in L.migratoria注：Epi:上表皮 Epicuticle Pro:原表皮 Procuticle EC:表皮细胞 Epidermal cell.3 飞蝗预若虫期表皮几丁质形成研究对 30℃环境下正常发育的 9-14 d 飞蝗卵进行取样，制备其横向石蜡切片，观

图 2.3 飞蝗预若虫表皮几丁质发育变化Fig.2.3 The chitin development of pro-nymph cuticle in L.migratoria注：蓝色为几丁质信号；绿色为细胞核信号2.4 讨论飞蝗是一种重要的农业害虫，由于其繁殖能力和迁飞能力强，尚无有效的防治
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本文编号：2893309