小菜蛾GSS与SUMF1基因协同响应寄主植物硫苷及其分子基础

批准号:
31301677
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
何玮毅
依托单位:
学科分类:
C1403.作物免疫与抗性
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
马小丽、蔡立君、柯富士、陈亚琼、董人富、戚伟平
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中文摘要
小菜蛾为重要的世界性十字花科植物专食性害虫,在长期进化过程中形成了特殊的对抗寄主植物硫苷-黑芥子酶化学防御系统的机制。小菜蛾硫苷硫酸酯酶(GSS)能够与黑芥子酶竞争硫苷作为底物,产生无毒的水解产物。通过分析小菜蛾基因组和转录组数据以及初步的试验验证,我们发现GSS与其活性所必须的硫酸酯酶修饰因子1(SUMF1)基因在幼虫时期协同高表达,并推测这可能是小菜蛾能够以各类十字花科植物作为寄主的重要原因。本项目基拟在此基础上继续深入挖掘小菜蛾等昆虫基因组中的硫酸酯酶基因家族和SUMF1基因,构建小菜蛾GSS与SUMF1基因系统进化关系及响应硫苷协同表达的模式;通过RNA干扰验证两者的功能和协同关系;首次尝试定位和比较GSS与SUMF1基因启动子区域响应硫苷的核心元件,建立其协同表达的分子基础。这将为阐明昆虫对寄主植物适应性进化的多样性提供理论依据,也将为利用分子手段持续有效地控制害虫提供新的思路。
英文摘要
The diamondback moth (DBM), Plutella xylostella, is an important insect pest preferentially feeds on cruciferous plants worldwide. The DBM has evolved specific detoxification system for counterdefence against glucosinolate (GS)-myrosinase system of Crucifers. Glucosinolate sulfatase (GSS) of the DBM can compete with myrosinase for GS to catalyze the production of nontoxic hydrolysis. Based on the DBM genome and transcriptome data, we found that the highly co-expressed GSS and sulfatase modifying factor 1 (SUMF1) genes, which are nessary for the activation of GSS, during larval stage are likely the key enabling DBM to use a broad range of cruciferous host plants. As a futher setp of our previous work and findings, in this project, we aim at deep exploration of sulfatase gene family and SUMF1 genes from both DBM and other insect genomes for their phylogenetic relation and expression pattern in response to GS. RNA interference will be used for the functional verification of DBM GSS and SUMF1. For the first time, we are also interested in the identification and characterization of core elements from promoters of GSS and SUMF1 genes, which can response to GS for gene expression regulation, for the construction of molecular bases for GS response of each gene. This work will lay a strong theoritical foundation for better understanding the diversity in adaptive evolution of insect pest against host plant defense system, and will provide a novel aspect for effective and sustainable insect pest management.
小菜蛾为重要的世界性十字花科植物专食性害虫,在长期进化过程中形成了特殊的对抗寄主植物硫苷-黑芥子酶化学防御系统的机制,其肠道中所大量产生的硫苷硫酸酯酶(GSS)能够与黑芥子酶竞争硫苷作为底物,产生无毒的水解产物。我们前期研究发现,GSS与其活性所必须的硫酸酯酶修饰因子1(SUMF1)基因在幼虫时期协同高表达,可能是小菜蛾能够适应各类十字花科植物的重要原因。本项目在上述基础上,1)深入挖掘小菜蛾基因组中硫酸酯酶基因家族成员和SUMF1基因,从中鉴定出了小菜蛾GSS与SUMF1基因,构建小菜蛾硫酸酯酶基因家族和SUMF1与其它昆虫或节肢动物中同源基因的系统进化关系。通过分析小菜蛾硫酸酯酶基因家族成员和SUMF1在不同发育阶段、组织器官的表达谱,证实了GSS和SUMF1基因在幼虫时期的协同高表达的特征。2)利用RNAi分别沉默小菜蛾GSS与SUMF1基因,从中鉴定了主效的GSS1基因;SUMF1的表达被抑制后,可能直接导致了小菜蛾GSS的失活和解毒硫苷能力的下降,显著影响了存活率、化蛹率和羽化率等重要生态学参数。3)使用不同浓度的商品化硫苷(sinigrin)处理小菜蛾胚胎细胞系,发现GSS1能较明显地响应硫苷表达,而SUMF1基因的表达也均具有一定响应硫苷的能力。进一步使用经不同浓度的sinigrin或其商品化降解产物(AITC)处理的萝卜苗叶片饲喂小菜蛾,发现只有GSS1的表达能够受到sinigrin的显著诱导,其它处理未表现出明显变化。通过解剖取食含低浓度sinigrin人工饲料小菜蛾的中肠,当中同样表现出GSS1的表达受到显著诱导。4)克隆和分析了GSS1基因上游启动子序列,构建了一系列受不同长度GSS1基因启动子调控的表达绿色荧光蛋白(GFP)基因的载体,以红色荧光蛋白(RFP)作为内参,转染Sf9细胞并测定了相对荧光强度,鉴定了GSS1基因启动子响应硫苷的区域及其上的顺式作用元件。最终利用转录组测序,初步筛选出了可能参与硫苷响应的关键转录因子。本项目的实施,将为阐明昆虫对寄主植物适应性进化的多样性提供理论依据,也将为后续采用分子手段开展小菜蛾的生态防控和综合治理提供新思路。
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Characterization and expression profiling of ATP-binding cassette transporter genes in the diamondback moth, Plutella xylostella (L.).
小菜蛾 (Plutella xylostella (L.)) 中 ATP 结合盒转运蛋白基因的特征和表达谱
DOI:10.1186/s12864-016-3096-1
发表时间:2016-09-27
期刊:BMC genomics
影响因子:4.4
作者:Qi W;Ma X;He W;Chen W;Zou M;Gurr GM;Vasseur L;You M
通讯作者:You M
DOI:--
发表时间:2015
期刊:环境昆虫学报
影响因子:--
作者:戚伟平;陈玮;何玮毅;尤民生
通讯作者:尤民生
DOI:--
发表时间:2015
期刊:应用昆虫学报
影响因子:--
作者:徐雪娇;陈楠菁;何玮毅;尤民生
通讯作者:尤民生
外泌体介导小菜蛾适应寄主植物的功能和分子机理
- 批准号:2023J01069
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2023
- 负责人:何玮毅
- 依托单位:
小菜蛾效应蛋白PxSROE经由生长素信号通路调控寄主甘蓝化学防御的分子机理
- 批准号:32172503
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:何玮毅
- 依托单位:
国内基金
海外基金
