转基因技术介导的美国白蛾性别决定基因tra2的功能研究
批准号:
32101531
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李小卫
依托单位:
学科分类:
森林培育学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李小卫
中文摘要
Transformer2(tra2) 基因是昆虫性别决定和生长发育的重要参与因子,对性别决定、胚胎和生殖腺发育、翅二型分化等具有重要的生物学功能。除家蚕外,tra2基因在鳞翅目害虫中的功能所知甚少。申请人前期研究发现敲除美国白蛾tra2基因可导致蛹期生殖孔畸形,与家蚕表型不同,但其具体的分子机制尚不清楚。因此,本项目拟从以下几个方面进一步探讨白蛾tra2基因的生物学功能:(1)tra2基因的表达模式及其性别、时期和组织特异性的剪接体状况分析;(2)通过转基因技术构建tra2基因不同剪接体的敲除突变体,深入探究其在性别决定和生长发育中的功能分化;(3)通过RNA-seq深入挖掘tra2突变引起的差异基因表达和分子信号转导;利用co-IP和基因敲除进一步分析下游基因的分子生物学功能。研究将有助于深入理解tra2基因在美国白蛾性别决定和生长发育中的分子机制,并对开发新型害虫防治方法提供理依据。
英文摘要
Transformer2 (tra2) gene is an important factor involved in insect sex determination and growth and development, which has important biological functions for sex determination, embryonic development, gonadal development and wing dimorphism. The biological function of tra2 gene in other lepidopteran pests, is rarely studied, except for Bombyx mori. Different from the silkworm, the previous study have found that knockout the tra2 gene could lead to abnormalities of pupal gonopores, but its specific molecular mechanism is still unclear in Hyphantria cunea. Therefore, this project intends to further explore the biological functions of the tra2 gene of H. cunea from the following aspects: (1) Analyses of the expression pattern of tra2 gene and its specific splicing isoforms in different genders, periods, and tissues of H. cunea. (2) Construction of knock-out mutants of different tra2 splicing isoforms through transgenic technology to explore its specific functions in sex determination and growth and development. (3) Deeply exploring the differential gene expression and molecular signal transduction caused employing RNA-seq technology in the tra2 mutants. Then, to further verify the molecular biological functions of downstream genes using co-IP and knockout assay. Our work will help to deeply understand the molecular mechanism of tra2 gene in the sex determination, growth and development of H. cunea, and provide a theoretical basis for the development of new pest control methods.
美国白蛾(Hyphantria cunea)是重要的国际检疫害虫,对我国农林业经济和生态系统造成极大的威胁。传统的害虫农药防治方法存在很大的弊端,种群遗传调控是新型遗传防治的新方向。Transformer 2基因是昆虫性别决定和生长发育的重要参与因子,对性别决定、胚胎和生殖腺发育、翅二型分化等具有重要的生物学功能,是潜在的害虫遗传防治靶标。前期研究发现敲除美国白蛾Hctra2基因可导致蛹期生殖孔畸形,与其他鳞翅目昆虫表型不同,但其具体的分子机制尚不清楚。在此基础上,我们开展了美国白蛾遗传操作体系的优化和Hctra2基因的功能研究,研究结果如下:(1)我们利用前期建立的piggyBac转基因技术,以表型明显功能保守的体色着色家族基因Hcyellow为靶标基因,构建了转基因双系敲除体系,表明HcU62三型启动子不仅可以驱动shRNA的转录表达,也可以驱动CRISPR/Cas9系统中的gRNA转录表达,完成并验证了该系统的基因敲除功能作用,完善了美国白蛾遗传操作体系。(2)通过CRISPR/Cas9直接敲除和piggyBac介导的转基因双系敲除技术进行了美国白蛾Hctra2基因功能研究,该基因功能缺失突变可诱导美国白蛾雌雄蛹期生殖孔趋向中间体发展和导致成虫外生殖器发育畸形,主要包括雄性抱握器缩短变小、雌性生殖卵瓣缺陷,几丁质平板颜色变深加厚的现象。通过基因保守性剪接元件分析,在Hcdsx基因编码框中存在多个保守Dsx-Tra/Tra2 Binding Site 和Dsx-RBP结合序列,尤其在第三和四号外显子上较多,暗示了美国白蛾Hctra2基因可能通过结合Hcdsx基因剪接热点元件从而调控其性别特异性剪切。以上结果表明美国白蛾性别决定基因Hctra2为潜在的遗传防治遗传靶标,为开发安全绿色害虫防治新方法奠定基础。
国内基金
海外基金