飞蝗几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能

作     者：于荣荣 丁国伟 刘卫敏 张敏 赵小明 韩鹏飞 马恩波 张建珍 YU RongRong;DING GuoWei;LIU WeiMin;ZHANG Min;ZHAO XiaoMing;HAN PengFei;MA EnBo;ZHANG JianZhen

作者机构：山西大学应用生物学研究所 山西大学生命科学学院 

出 版 物：《中国农业科学》 (Scientia Agricultura Sinica)

年 卷 期：2017年第50卷第13期

页      面：2498-2507页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 09[农学] 0904[农学-植物保护] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 

基　　金：国家自然科学基金(31672364) 山西省基础研究计划(2015011070) 山西省回国留学人员科研资助项目(2015-007) 山西省高等学校科技创新项目(2017104) 山西省研究生优秀创新项目(02180114092041) 

主　　题：飞蝗 几丁质脱乙酰基酶 组织部位 日龄 表型 几丁质含量和排列 

摘      要：【目的】几丁质脱乙酰基酶(chitin deacetylase,CDA)是昆虫几丁质代谢系统的重要酶系,研究飞蝗(Locusta migratoria)几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能,为新型农药靶标筛选提供科学依据。【方法】基于飞蝗转录组数据库,获得几丁质脱乙酰基酶基因的c DNA序列,将其与飞蝗基因组进行比对,绘制基因结构图。将其与赤拟谷盗CDAs序列进行比对,并采用Blast P和SMART软件进行功能域预测。将已鉴定的飞蝗CDAs分别与赤拟谷盗、果蝇、冈比亚按蚊、家蚕、中华稻蝗和云杉卷叶蛾的同源序列进行聚类分析,采用MEGA 5.02软件中的neighbor-joining(NJ)法构建系统发育树。采用reverse transcription quantitative PCR(RT-q PCR)方法检测分析CDA在飞蝗5龄若虫不同组织部位和不同发育日龄表皮中的表达特性,进一步采用RNA干扰(RNAi)技术研究其对飞蝗蜕皮发育的影响。采用化学检测法测定其几丁质含量。利用透射电镜(TEM)观察其对表皮几丁质排列的影响。【结果】在飞蝗转录组数据库中搜索获得3条几丁质脱乙酰基酶基因全长c DNA序列,生物信息学分析发现其均具有信号肽,开放阅读框包含几丁质结合区(Ch BD)和几丁质脱乙酰基催化域(CDA)2个功能域。与赤拟谷盗CDAs序列比对结果表明飞蝗2条CDAs部分序列存在差异,且与赤拟谷盗Tc CDA5的2个剪切子差异序列位置一致,显示2条序列为2个剪切子。聚类分析结果表明,3条序列分别与6种昆虫CDA4和CDA5以较高的置信度聚为一支。分别将其命名为Lm CDA4、Lm CDA5a和Lm CDA5b。不同组织部位表达结果表明Lm CDA4和Lm CDA5在飞蝗前肠、后肠和表皮中高表达,Lm CDA5在脂肪体中也有较高的表达;CDAs在5龄不同天数表皮表达结果显示Lm CDA4和Lm CDA5在5龄第1和第2天的表皮中表达量较高,之后逐步下降。注射ds Lm CDA4或ds Lm CDA524 h后,与对照组相比,基因表达量显著降低,沉默效率达到98.1%和95.6%,但均无可见表型,都可正常蜕皮至成虫。几丁质含量和透射电镜分析显示,上述基因RNAi后不影响表皮几丁质含量及排列。【结论】飞蝗几丁质脱乙酰基酶4和5基因主要在飞蝗表皮和前/后肠表达,生物学功能研究表明这2个基因不参与飞蝗蜕皮发育过程,靶基因沉默对飞蝗生长发育及表皮结构无影响。