关键词:
桃蛀螟
黄曲霉毒素B1
细胞色素P450
酶活性
实时荧光定量PCR
RNA干扰
摘要:
桃蛀螟Conogethes punctiferalis是近年来在我国夏玉米田严重为害的主要害虫之一。除直接蛀食玉米籽粒、穗轴和茎秆外,桃蛀螟幼虫为害玉米雌穗造成的伤口还易遭受穗腐病病菌的侵染,从而引起穗腐病发生加重,严重影响玉米产量和品质。在我国,玉米穗腐病致病菌的优势种之一便是黄曲霉菌Aspergillus flavus,该致病菌不仅能引起玉米穗腐病发生,还能产生黄曲霉毒素(Aflatoxins,AFs)并存留于玉米籽粒中,成为粮食、饲料、食品中常见的有毒污染物,严重威胁人畜健康,是影响玉米食用和饲用安全的重要制约因子。研究表明,AFs的多种同分异构体中,以AFB1毒性最强,具有很强的致癌、致畸和致突变作用,会导致人和动物免疫受到抑制、不孕、先天畸形、内分泌紊乱等,在国际上被列为Ⅰ类致癌物。本课题组前期研究发现,桃蛀螟幼虫对不同寄主的适应性较强,即使在穗腐病发生严重的玉米上也能够很好地完成生长发育,说明其对穗腐病玉米具有较强的适应能力。本文利用室内毒力测定、生命表、酶活检测等方法,探明AFB1对桃蛀螟的生长发育和体内相关解毒酶活性的影响。之后从课题组前期转录组测序结果中挑选出两条细胞色素P450基因CYP321F5和CYP9A79进行基因克隆,并对其进行表达量分析及RNA干扰,分析相关P450基因在桃蛀螟适应AFB1的过程中的作用。期望能够阐明桃蛀螟幼虫耐受AFB1的内在机理,为后期进一步探究桃蛀螟对AFB1解毒代谢的分子机制奠定基础。主要研究结果如下:(1)利用饲料混毒法测定了AFB1对桃蛀螟初孵幼虫和3龄幼虫的毒力水平。结果表明桃蛀螟初孵幼虫和3龄幼虫对AFB1具有较强的耐受性,该毒素对桃蛀螟初孵幼虫的LC50为37.381mg/kg,3龄幼虫的LC50为101.996 mg/kg。(2)采用生命表试验研究不同浓度AFB1对桃蛀螟生长发育的影响。当饲料中AFB1浓度≥4mg/kg时,随着AFB1浓度的升高,桃蛀螟幼虫的发育历期明显延长,且化蛹率和蛹重明显降低;当饲料中AFB1浓度≤1 mg/kg时,与对照相比,桃蛀螟幼虫仍能完成正常的生长发育。说明桃蛀螟幼虫能够耐受一定范围内的AFB1,该耐受剂量显著高于玉米中AFB1的国家安全标准检测。(3)利用生命表试验研究饲料中添加P450抑制剂PBO后,对AFB1对桃蛀螟毒性的影响。发现当桃蛀螟取食同时含有PBO和AFB1的饲料时,与取食只加相同剂量的AFB1饲料相比,其生长发育受抑制情况更为显著,显著增强了AFB1对桃蛀螟的毒性。表明该虫体内细胞色素P450酶对AFB1的代谢作用强于活化作用。(4)利用酶活性检测试剂盒分析了AFB1对桃蛀螟中肠内细胞色素P450酶(CYP450s)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)和羧酸酯酶(Car E)活性的影响。发现桃蛀螟3龄幼虫取食添加LC50剂量的AFB1饲料24 h、48 h、72 h和96 h后,其中肠内的CYP450s和GSTs酶活性均明显高于取食对照饲料的幼虫;取食48 h、72 h和96 h时,其中肠内的Car E的酶活性显著上升,说明CYP450s、GSTs和Car E可能参与了桃蛀螟对AFB1的解毒代谢过程。(5)通过PCR技术成功克隆出了桃蛀螟体内受AFB1影响较大的两个CYP450s基因CYP321F5和CYP9A79。结果显示,CYP321F5基因ORF全长1377 bp,编码458个氨基酸,蛋白质分子量约为52.635 k Da,等电点为8.42,在Gen Bank上核苷酸登录号为OQ406257.1,氨基酸登录号为WCQ76343.1,系统发育分析表明,其与稻纵卷叶螟CYP321F5的亲缘关系较近,氨基酸同源性为73.58%;CYP9A79基因ORF全长1467 bp,编码488个氨基酸,蛋白质分子量约为56.360 k Da,等电点为6.45,在Gen Bank上的核苷酸登录号为OQ406258.1,氨基酸登录号为WCQ76342.1,系统发育分析表明,与稻纵卷叶螟CYP9A79的亲缘关系较近,氨基酸同源性为71.17%。CYP9A79氨基酸序列含有P450的五大保守结构域,但CYP321F5缺失了位于螺旋I区的保守序列A/GG×D/ETS/T,并且位于血红素结合区的特征序列被FGYGQRATRD替代。(6)采用Real-time PCR技术对AFB1处理后桃蛀螟中CYP321F5和CYP9A79基因的表达情况进行了分析。结果显示,桃蛀螟3龄幼虫取食添加了AFB1(饲料中AFB1浓度为其LC50)的饲料24 h、48 h、72 h、96 h后,CYP321F5的表达量均明显高于对照组,其中,幼虫取食96 h时,对该基因表达量的影响最为强烈,处理组的表达量是对照组的3.31倍;CYP9A79的表达量也在幼虫取食A