中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (13): 2504-2517.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.006
黄玉萱1,2(), 沈忱1,2, 鞠佳菲2, 杨磊1,2, 罗光华1,2(), 方继朝1,2()
收稿日期:
2023-03-28
接受日期:
2023-05-04
出版日期:
2023-07-01
发布日期:
2023-07-06
通信作者:
联系方式:
黄玉萱,E-mail:xuan19980712@outlook.com。
基金资助:
HUANG YuXuan1,2(), SHEN Chen1,2, JU JiaFei2, YANG Lei1,2, LUO GuangHua1,2(), FANG JiChao1,2()
Received:
2023-03-28
Accepted:
2023-05-04
Published:
2023-07-01
Online:
2023-07-06
摘要:
【背景】二化螟(Chilo suppressalis)是我国水稻上的重要害虫之一,味觉受体(gustatory receptor,GR)基因在昆虫取食、产卵等过程中发挥重要作用。【目的】基于组学数据鉴定并克隆二化螟GR基因序列,明确其在不同发育阶段和成虫不同组织中的表达特性,为后续深入研究二化螟GR基因的功能打下基础。【方法】结合二化螟转录组数据和其他昆虫的GR基因序列,通过多重序列比对,鉴定二化螟GR基因。利用RT-PCR方法克隆获得二化螟GR基因的完整开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,运用生物信息学分析工具对二化螟GR基因编码的氨基酸序列进行分子生物学特征、结构域等分析;基于最大似然法构建二化螟GR基因蛋白序列与其他昆虫GR基因的系统进化树;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法分析GR基因在二化螟不同发育阶段(1—6龄幼虫和雌、雄成虫)和成虫不同组织(雌、雄成虫的触角、头、翅、腹、足)中的表达模式。【结果】鉴定并克隆得到5个二化螟GR基因,分别命名为CsupGR1—5,ORF长度为1 122—1 428 bp,编码氨基酸序列长度为373—475 aa,其中CsupGR2、CsupGR4、CsupGR5具有7个跨膜结构域,CsupGR1、CsupGR3具有8个跨膜结构域。系统进化分析显示,CsupGR1、CsupGR2与黑腹果蝇DmelGR63a及小菜蛾PxylGR7、PxylGR8亲缘关系较近,属于CO2受体家族;CsupGR3与黑腹果蝇DmelGR43a及家蚕BmorGR9、BmorGR10亲缘关系较近,属于果糖/肌醇受体家族;CsupGR4、CsupGR5与黑腹果蝇DmelGR64及家蚕BmorGR5—8亲缘关系较近,属于糖受体家族。发育期表达谱分析表明,二化螟5个GR基因在不同发育时期均有表达,其中CsupGR1、CsupGR4均在雄成虫中高表达,CsupGR2在1龄幼虫和雄成虫中表达量最高,CsupGR3在成虫中高表达,CsupGR5在4龄幼虫中表达量最高;组织表达谱分析表明,5个GR基因在雌、雄成虫的各组织均有表达,其中CsupGR1、CsupGR5在成虫头部表达量高,CsupGR2—4在成虫触角部位高表达。【结论】鉴定克隆的5个二化螟GR基因均具有昆虫味觉受体基因的典型特征,且在成虫触角或头部高表达,推测这5个基因可能与二化螟识别和适应寄主植物有关。
黄玉萱, 沈忱, 鞠佳菲, 杨磊, 罗光华, 方继朝. 二化螟味觉受体基因鉴定、克隆与表达模式分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(13): 2504-2517.
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表1
引物序列"
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence (5′-3′) | 引物用途 Usage of primers |
---|---|---|
CsGR1-F | ATGTCCTATTATACACATAA | 开放阅读框扩增Amplification of ORF |
CsGR1-R | TTAATGTTTCCTTTTCTTCT | |
CsGR2-F | ATGATGATTCCTGATCATTT | |
CsGR2-R | TCATGAGAGGGCTGCTTGAG | |
CsGR3-F | ATGTTTGTGGAGAAGCCGGG | |
CsGR3-R | TTACTGTTCCGAAAGCTGGA | |
CsGR4-F | GGCTTCGCCCAAGGATCTCC | |
CsGR4-R | TCAAGCGACAGCGATTACCG | |
CsGR5-F | ATGAAAACTCAAATCCTGGG | |
CsGR5-R | TTACTTAATAAATTGCAGCA | |
CsqGR1-F | AACGCGATAGCACCTTTGGA | 实时荧光定量PCR RT-qPCR |
CsqGR1-R | AGAAGGTCTGGTGATCGGGA | |
CsqGR2-F | TGCCGTCATGCCTATCACAA | |
CsqGR2-R | ACGCTCGTATCCAACGAACA | |
CsqGR3-F | CGGGGTTCTGCTGTTACTCC | |
CsqGR3-R | CAGACCACACCACAACACCT | |
CsqGR4-F | CCAAGTTCACGGGGATACGG | |
CsqGR4-R | GAAATGGTGGCGGCAAGAAA | |
CsqGR5-F | GTCAGCAGCGTTGGTCAAAT | |
CsqGR5-R | GAGCGATACTGACCCTGACG | |
EF1-F | AAAATGGACTCGACTGAACCCC | |
EF1-R | TCTCCGTGCCAACCAGAAATA |
表2
二化螟GR跨膜结构域预测和BLAST最佳比对结果"
基因 Gene | 登录号 Accession number | 开放阅读框 长度 ORF length (bp) | 氨基酸数量 Number of AA | 跨膜结构域 数量 Number of TMD | 最佳比对结果BLAST best hit | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
物种 Species | 登录号 Accession number | E值 E-value | 相似度 Similarity (%) | |||||
CsupGR1 | OQ834263 | 1428 | 475 | 8 | 亚洲玉米螟O. furnacalis | XP_028179334.1 | 0 | 80.62 |
CsupGR2 | OQ834264 | 1302 | 433 | 7 | 粉纹夜蛾T. ni | XP_026735279.1 | 0 | 86.95 |
CsupGR3 | OQ834265 | 1317 | 438 | 8 | 棉红铃虫P. gossypiella | XP_049878938.1 | 3.00E-63 | 31.45 |
CsupGR4 | OQ834266 | 1122 | 373 | 7 | 黄野螟H. vitessoides | UVB79175.1 | 7.00E-174 | 73.70 |
CsupGR5 | OQ834267 | 1269 | 422 | 7 | 亚洲玉米螟O. furnacalis | XP_028178841.1 | 0 | 66.91 |
表3
二化螟GR蛋白理化性质分析"
CsupGR1 | CsupGR2 | CsupGR3 | CsupGR4 | CsupGR5 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
分子式Molecular formula | C2491H3908N610O676S26 | C2287H3547N567O618S24 | C2239H3596N566O608S23 | C1899H2968N474O513S20 | C2273H3558N560O589S24 | |
分子质量Molecular weight (Da) | 54051.67 | 49643.19 | 48909.99 | 41288.52 | 48924.09 | |
等电点Theoretical pI | 8.75 | 7.51 | 9.28 | 7.09 | 9.31 | |
氨基酸含量 Amino acid content | Maximum | Leu 11.2% | Leu 11.8% | Leu 15.8% | Leu 12.3% | Leu 14.7% |
Minimum | Trp 1.1% | Trp 1.4% | Trp 0.9% | Asp 0.8% | Trp 1.2% | |
Nonentity | Pyl, Sec | Pyl, Sec | Pyl, Sec | Pyl, Sec | Pyl, Sec | |
正电荷残基Positively charged residues | 40 | 40 | 43 | 21 | 36 | |
负电荷残基Negatively charged residues | 34 | 39 | 29 | 21 | 23 | |
吸收率Absorptivity | 1.205 | 1.370 | 1.041 | 0.884 | 1.294 | |
不稳定指数Instability index | 33.75 | 33.17 | 34.53 | 34.79 | 38.05 | |
脂肪族指数Aliphatic index | 109.18 | 110.35 | 120.59 | 114.48 | 119.36 | |
疏水性系数的总平均值 Grand average of hydrophobicity coefficient | 0.327 | 0.337 | 0.522 | 0.656 | 0.489 |
图2
CsupGR1与其他鳞翅目昆虫味觉受体氨基酸序列比对 OfurGR24-like:亚洲玉米螟O. furnacalis (XP_028179334.1);HvitGR3:黄野螟H. vitessoides (UVB79173.1);McinGR24:庆网蛱蝶Melitaea cinxia (XP_045454518.1);ZcesGR24:菊黄花粉蝶Zerene cesonia (XP_038207281.1);PintGR24:印度谷螟Plodia interpunctella (XP_053615595.1);HkahGR24:海波斯莫科马属蛾Hyposmocoma kahamanoa (XP_026332325.1) Consensus:共有序列Consensus sequence。黑色区域代表相似度100%,粉红色区域代表相似度大于75%,浅蓝色区域代表相似度大于50%,黑色横线标注了跨膜结构域,下同Black areas indicate 100% similarity, pink areas indicate more than 75% similarity, blue areas indicate more than 50% similarity, transmembrane domains (TMDs) are indicated with black bars. The same as below"
图4
CsupGR3与其他鳞翅目昆虫味觉受体氨基酸序列比对 PgosGR43a-like:棉红铃虫P. gossypiella (XP_049878938.1);LglyGR43a-like:大豆食心虫Leguminivora glycinivorella (XP_047999211.1);LbotGR8:欧洲葡萄蛾Lobesia botrana (AXF48821.1);NioGR43a-like:孔雀蛱蝶Nymphalis io (XP_050353008.1);MsexGR43a:烟草天蛾M. sexta (XP_030037493.1);HkahGR43a:海波斯莫科马属蛾H. kahamanoa (XP_026333131.1)"
图6
CsupGR5与其他鳞翅目昆虫味觉受体氨基酸序列比对 OfurGR64f-like:亚洲玉米螟O. furnacalis (XP_028178841.1);SlitGR5a:斜纹夜蛾S. litura (XP_022818462.1);SfruGR5a:草地贪夜蛾S. frugiperda (XP_035430548.1);GmelGR 64f-like:大蜡螟Galleria mellonella (XP_052753721.1);CcroGR64f-like:红点豆粉蝶Colias croceus (XP_045503615.1);HzeaGR5a:棉铃虫H. zea (XP_047036862.1)"
图7
基于氨基酸序列构建的二化螟GR与其他昆虫味觉受体的系统进化树 Csup:二化螟C. suppressalis;Dmel:黑腹果蝇D. melanogaster;Bmor:家蚕B. mori;Pxyl:小菜蛾P. xylostella。氨基酸序列和基因登录号来源于黑腹果蝇[16]、家蚕[17]、小菜蛾[26]GR基因的研究结果The amino acid sequence and gene accession number were derived from the research results of GR genes in D. melanogaster[16], B. mori[17]and P. xylostella[26]"
图8
GR基因在二化螟不同发育时期的mRNA相对表达量 1st:1龄幼虫1st instar larvae;2nd:2龄幼虫2nd instar larvae;3rd:3龄幼虫3rd instar larvae;4th:4龄幼虫4th instar larvae;5th:5龄幼虫5th instar larvae;6th:6龄幼虫6th instar larvae;M:雄成虫Male adult;F:雌成虫Female adult不同样品进行3次生物学重复,图中数据为平均值±标准误,柱上不同字母表示表达量差异显著(P<0.05,One-way ANOVA)。图9同Different samples were subjected to three biological replicates, relative expression levels are indicated as mean±SEM, the different letters above each bar indicate significant differences (P<0.05, One-way ANOVA). The same as below"
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