棉铃虫硫酸酯酶与其修饰因子SUMF1解毒寄主植物硫苷分子机制
批准号:
32060620
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
马小丽
依托单位:
学科分类:
作物免疫与抗性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
马小丽
中文摘要
植物抗虫防御物与昆虫的反防御机制是一场长期的军备竞赛,一方的进化更新会被另一方的相应演化所抵消。目前,参与棉铃虫寄主植物硫苷解毒的功能基因和分子机制还不明确。针对我国新疆地区经济作物重大害虫棉铃虫寄主选择适应性强、为害范围广和农药污染严重等突出问题,围绕植物抗虫防御物与害虫相互作用及其机制这一科学问题,本研究拟解析棉铃虫硫酸酯酶(SULFs)与其修饰因子(SUMF1)解毒寄主植物硫苷分子机制,旨在为棉铃虫绿色防控提出新思路。本项目前期从棉铃虫基因组获得8个SULFs和1个SUMF1基因,并已验证其在棉铃虫中肠的表达。基于此拟研究:1)棉铃虫SULFs与SUMF1基因结构与表达模式;2)SULFs与SUMF1基因表达对含硫苷植物的响应;3)SULFs与SUMF1在解毒硫苷中的作用及调控机制。本研究揭示的SULFs与SUMF1功能和调控机制可为开发防治棉铃虫新农药和针对性治理措施提供分子靶标。
英文摘要
Plant anti-insect defensive and insect anti-defense mechanisms are a long-term arms race, with an evolutionary innovation on one side being countered by a corresponding advance on the other. At present, the functional genes and molecular mechanisms involved in detoxification of the host plant of cotton bollworm are not yet clear. Because of this latter concern of host adaptability, more data is needed regarding the mechanisms of interaction between insect-resistant secondary metabolites and pests. There is increasing concern for the outstanding problems caused by the cotton bollworm, Helicoverpa armigera, which is a major pest of economic crops in Xinjiang, China. These problems include a wide range of crop damage, pesticide pollution, and strong host adaptability. The aim of this study is to analyze the molecular mechanism of sulfatase (SULFs) and its modification factor (SUMF1) in the cotton bollworm in the detoxification of host plant glucosinolates, aiming to propose a new idea for the green control of cotton bollworm.In the early stage of the project, 8 SULFs and 1 SUMF1 genes were obtained from the cotton bollworm genome, and the expression of this series of genes in the midgut of the cotton bollworm was verified. Therefore, this project intends to focus on: 1) the structure and expression pattern of SULFs and SUMF1 genes in the cotton bollworm; 2) the response of SULFs and SUMF1 gene expression to glucosinolate plants; 3) the role and regulation mechanism of cotton bollworm SUMF1 and SULFs in the detoxification of glucosinolates. The research reveals the function and regulation mechanism of SULFs and SUMF1 to provide molecular targets for the development of new pesticides and targeted control measures.
植物抗虫防御物与害虫相互作用及其机制是一种新的虫害防治研究方向,可为开发防治植食性昆虫新农药和针对性治理措施提供分子靶标。硫苷是十字花科植物富有的一大类次生物质,其降解产物对植食性昆虫普遍存在一定的毒性。小菜蛾等昆虫的硫酸酯酶(Sulfs)能催化水解硫苷硫酸酯键使之游离出无机硫酸,从而破坏植物的硫苷-黑芥子酶防御系统。然而广食性昆虫棉铃虫如何对硫苷做出精确反应却知之甚少。本项目首先明确了硫苷可以显著影响棉铃虫幼虫生长发育,诱导其中肠组织中硫苷硫酸酯酶基因的表达,该基因的沉默或敲除可显著影响棉铃虫取食硫苷后的死亡率、化蛹率和羽化率等生长发育指标。透射电镜观察发现,硫酸酯酶HaSulfC基因缺失导致脂肪体形成巨大的脂滴,脂滴膜结构变透明,出现大量空泡,部分脂滴膜界限消失,脂肪体细胞间隙增大。HaSulfC突变体的全转录组GO和KEGG富集气泡的结果表明,突变体发育表型正常和异常个体与野生型相比,占据主要地位的差异表达基因都与甘油磷脂代谢和糖胺聚糖合成和降解途径有关,但是在表型正常个体中这些差异表达基因的表达量基本都是上调,而在表型异常个体中基本都是下调,推测这两条途径是HaSulfC介导棉铃虫生长发育异常的主要因素。据此推测棉铃虫的硫酸酯酶可能不仅与解毒寄主植物硫苷有关,还可能与蛹变态发育中能量代谢和储存等功能有关。利用CRISPR/Cas9系统成功获得了3种棉铃虫HaSumf1基因突变类型,与野生型相比HaSumf1突变体的生长发育时间延迟,蛹和成虫畸型率增加,化蛹率和羽化率降低。运用高效液相色谱质谱检测HaSumfs基因在棉铃虫HaSulfs解毒寄主植物硫苷过程中的作用,结果显示HaSumf1突变显著影响了棉铃虫代谢硫苷的能力,突变体粪便中完整硫苷残留量是野生型粪便中硫苷含量的74倍。综上,我们的结果表明棉铃虫硫酸酯酶的活性对于棉铃虫生长发育、适应性进化及克服十字花科植物基于次生代谢物的高度多样化的防御系统是必不可少的,初步明确了棉铃虫中含有两个序列高度相似的HaSumf1基因,基因敲除表明HaSumf1在棉铃虫生长发育和解毒代谢寄主植物硫苷中都具有重要功能。本项目研究结果为开发防治棉铃虫新农药和针对性治理措提供分子靶标,同时深化了广食性昆虫棉铃虫与寄主植物互作机制的认识。
新疆棉铃虫田间种群Cry1Ac抗性基因的遗传定位及功能鉴定
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批准号:32360662
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32万元
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批准年份:2023
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负责人:马小丽
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依托单位:
国内基金
海外基金