RNA干扰在马铃薯甲虫中的基因功能和应用技术研究进展

【作者】 付开赟； 郭文超； 吐尔逊·阿合买提； 丁新华； 何江； 杜晓燕； 米热古丽·胡尔西达；

【机构】 新疆农业科学院植物保护研究所/农业部西北荒漠绿洲作物有害生物综合治理重点实验室； 新疆农业科学院微生物应用研究所； 塔里木大学； 新疆农业大学；

【摘要】 马铃薯甲虫(Leptinotarsa decemlineata)于上世纪90年代由哈萨克斯坦传入新疆伊犁和塔城地区,近二十年的持续化学防治使马铃薯甲虫对部分拟除虫菊酯、氨基甲酸酯、有机磷、新烟碱类和微生物杀虫剂产生了一定抗性。开发新的治理措施十分必要。RNA干扰作为能针对性降低靶标基因的工具,自发现以来被广泛应用于各种模式生物的基因功能研究中。在全世界近二十年对RNA干扰的研究中,发现昆虫纲中的鞘翅目、半翅目和蜚蠊目等对RNA干扰较为敏感的昆虫是RNA干扰技术的理想研究对象。本课题组近来建立一套成熟的原核dsRNA表达体系,利用dsRNA的喂食激素,对马铃薯甲虫的保幼激素、蜕皮激素和类胰岛素的合成、代谢、信号转导途径和下游功能基因中的关键基因进行了序列克隆和功能研究,具体包括类胰岛素信号转导通路的5个ILP基因(ILP1a、ILP1b、ILP1c、ILP2和ILP4)、InR、4EBP、PI3K、AKT、TSC1、TSC2、Ras、Raf、MAPKK、ERK、NOS和TOR等17个基因,搜索了下游信号转导基因58个;克隆了JH合成、代谢和信号转导途径的相关蛋白JH酸甲基转移酶、甲基法尼酯环氧酶、法尼酸甲基转移酶、腺苷高半胱氨酸水解酶、JH酯酶、JH环氧水解酶、信号转导因子MET、SRC和Kr-h1的编码基因;验证了这些蛋白的生理学功能;鉴定了咽侧体静止激素基因AS-C;发现了JH信号途径调控的几种参与营养吸收和代谢、以及神经信号传导的基因,从而基本阐明了JH信号途径调控马铃薯甲虫幼虫发育的分子机理;克隆了MH合成与分解相关的cyp18a1、cyp306a1、cyp307a1、cyp302a1、cyp314a1和cyp315a1,信号转导途径相关的SRC和BR,以及MH信号途径激活的早期、中早期转录因子E75、HR3、HR4和FTZF1基因。验证了这些蛋白质的生理学功能;基本明确了这些蛋白相互作用调控幼虫蜕皮的信号转导途径。在RNA干扰应用技术方面,研究了RNA干扰的传导和作用机制,包括RNA干扰核心功能元件基因Ago2,Dicer2,Sid-1等,鉴定RNA干扰的指示基因6个,发掘高效致死基因60个并对其中的10个进行了致死效率的评估,7天致死率最高可达100%,探索了RNA干扰在田间应用过程中的持效期、杀虫效率和关键受约因素,发现在盆栽马铃薯单次喷施ds RNA菌液防虫持效期可达4周以上。本课题组近5年来,在理论上系统研究了保幼激素、蜕皮激素和类胰岛素合成、代谢、信号转导和下游基因的功能和初步的交叉对话机制,扩展了昆虫激素调控的理论;在技术应用方面评估了RNA干扰在室内、温室和室外的防控效力,为RNA干扰技术的应用奠定了一定基础。更多还原