中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (9): 1722-1733.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.008
陈二虎(), 袁国庆, 陈艳, 陈梦秋, 孙晟源, 唐培安(
)
收稿日期:
2023-12-13
接受日期:
2024-01-16
出版日期:
2024-05-01
发布日期:
2024-05-09
通信作者:
联系方式:
陈二虎,E-mail:erhuchen1104@163.com。
基金资助:
CHEH ErHu(), YUAN GuoQing, CHEN Yan, CHEN MengQiu, SUN ShengYuan, TANG PeiAn(
)
Received:
2023-12-13
Accepted:
2024-01-16
Published:
2024-05-01
Online:
2024-05-09
摘要:
【背景】锈赤扁谷盗(Cryptolestes ferrugineus)是重要储粮害虫,其对磷化氢(phosphine)抗性问题尤为突出。线粒体是生物体的重要细胞器,是昆虫进行呼吸代谢反应的核心场所,其中线粒体编码基因参与调节昆虫呼吸速率、能量代谢以及细胞信号转导等生理过程。【目的】明确线粒体编码基因在锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成过程中的作用。【方法】通过CO2检测仪测定锈赤扁谷盗不同磷化氢抗性种群试虫的呼吸速率;利用RT-qPCR技术解析线粒体编码基因在磷化氢抗性水平和呼吸速率均差异最大的锈赤扁谷盗太仓和上海种群试虫中的表达模式,并进行线粒体复合体I和V的活性测定;通过RT-qPCR技术研究关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6对磷化氢胁迫响应的表达模式以及胁迫后线粒体复合体I和V的活性变化。利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术沉默锈赤扁谷盗线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6,同时分析上述基因被有效沉默后试虫呼吸速率和磷化氢敏感性变化情况。【结果】锈赤扁谷盗呼吸速率与磷化氢抗性水平呈负相关关系,即害虫呼吸速率均随磷化氢抗性倍数增加而显著下降。RT-qPCR结果表明线粒体编码基因在锈赤扁谷盗磷化氢极高抗种群(太仓种群,RR=1 906.8)表达量显著低于相对敏感种群(上海种群,RR=1.4),且线粒体复合体I和V的酶活性与线粒体基因表达模式相一致。锈赤扁谷盗经磷化氢熏蒸胁迫后,关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6被显著抑制,线粒体复合体I和V的酶活性均显著降低。注射dsRNA有效沉默关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6后,锈赤扁谷盗呼吸速率显著降低,磷化氢敏感性显著下降。【结论】线粒体编码基因参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成。
陈二虎, 袁国庆, 陈艳, 陈梦秋, 孙晟源, 唐培安. 线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1722-1733.
CHEH ErHu, YUAN GuoQing, CHEN Yan, CHEN MengQiu, SUN ShengYuan, TANG PeiAn. Mitochondrial Protein-Coding Genes Nad5, Nad6 and Atp6 are Involved in Phosphine Resistance of Cryptolestes ferrugineus[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(9): 1722-1733.
表1
本研究RT-qPCR所用引物序列"
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence (5′ to 3′) | 产物长度 Product length (bp) | 扩增效率 Amplification efficiency (%) |
---|---|---|---|
Nad1-F | TAATGGGTTAGTTCAGCCTT | 296 | 91.46 |
Nad1-R | AAATAGTTTGAGCAACAGCC | ||
Nad2-F | TAGTATATGGCTAGGACTGGA | 92 | 88.10 |
Nad2-R | TTAAGGCTGATTCTGATGGA | ||
Nad3-F | TTGACCCTAAATCTACCGCA | 219 | 102.41 |
Nad3-R | TGGCTCAGTTTAAGGCTCCT | ||
Nad4-F | TGCTTATTCTTCTGTTGCTC | 166 | 102.74 |
Nad4-R | ACTTCGTCTATGAGTTCGTT | ||
Nad4L-F | TTAACTATAAGTGTATGTGAGGG | 63 | 91.20 |
Nad4L-R | ATAATATAATCATTTCCATGC | ||
Nad5-F | GCCCTTTCAACTTTAAGTCA | 89 | 106.1 |
Nad5-R | TAAAGCCTTAAAGAGGGCAT | ||
Nad6-F | TCACCCCTTATCTTTCGGAGT | 188 | 90.76 |
Nad6-R | TGAAATTTTTCATTAGAGGCTACA | ||
Cytb-F | GAGGTGCCACAGTTATTAC | 109 | 102.52 |
Cytb-R | CGAGTTAATGTTGCGTTATC | ||
Cox1-F | TGCTCATGGAGGATCTTCAG | 122 | 102.68 |
Cox1-R | TTATACCTTGGGGCCGTATA | ||
Cox2-F | CGTTCGTCCAATAATTGTTG | 128 | 93.28 |
Cox2-R | AAGTCCTTCCGATTCCAG | ||
Cox3-F | CGCCGTTTACTATTGCTGAT | 153 | 103.23 |
Cox3-R | ACCCAAAATGGTGAGTTCTT | ||
Atp6-F | ATATTAGCCCATTTAGTCCCACA | 115 | 93.26 |
Atp6-R | CAGATAGCCGGACAGCCAAA | ||
Atp8-F | TTCCTCAAATAGCCCCTTTAAGT | 50 | 97.46 |
Atp8-R | AGTAAAATAGAAGAAAAGAGTTAAT | ||
RPS13-F | ATCCGTAAGCATTTGGAACG | 162 | 91.58 |
RPS13-R | AGCCACTAAGGCTGAAGCTG | ||
EF1α-F | CCAGGCATGGTAGTGACCTT | 184 | 96.03 |
EF1α-R | TTGGAGGGTTGTTTTTGGAG |
表2
本研究所用dsRNA引物序列"
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence (5′ to 3′) |
---|---|
dsNad5-F | ggatcctaatacgactcactataggTCGTATTGGGGATGTTGCTTTAT |
dsNad5-R | ggatcctaatacgactcactataggTCAAACTCAAAACAGGCTCCT |
dsNad6-F | ggatcctaatacgactcactataggACCCCTTATCTTTCGGAGTTACA |
dsNad6-R | ggatcctaatacgactcactataggGCGTAATGGGCCATATTTGATAT |
dsAtp6-F | ggatcctaatacgactcactataggTTTCCTCATTTGACCCCTCA |
dsAtp6-R | ggatcctaatacgactcactataggAATAGGCGGAGTTCCTTGTG |
dsGFP-F | ggatcctaatacgactcactataggATGGTGAGCAAGGGCGAGA |
dsGFP-R | ggatcctaatacgactcactataggTTACTTGTACAGCTCGTCCA |
[1] |
doi: 10.3390/insects14070590 |
[2] |
doi: 10.1017/S0007485315000899 |
[3] |
doi: 10.1016/S2095-3119(19)62785-1 |
[4] |
doi: 10.1016/j.jspr.2019.101513 |
[5] |
doi: 10.3390/insects13121162 |
[6] |
doi: 10.1002/ps.2013.69.issue-1 |
[7] |
doi: 10.1016/j.jspr.2019.02.004 |
[8] |
doi: 10.1016/j.jspr.2019.02.003 |
[9] |
doi: 10.1007/s10340-017-0875-7 |
[10] |
doi: 10.1016/j.pestbp.2021.104943 |
[11] |
doi: 10.1016/j.pestbp.2020.104717 pmid: 33357567 |
[12] |
doi: 10.1093/jee/toaa081 |
[13] |
doi: 10.1146/annurev-ento-011019-025047 pmid: 31610132 |
[14] |
doi: 10.1016/j.aspen.2018.11.012 |
[15] |
doi: 10.1007/s10340-019-01088-7 |
[16] |
doi: 10.1038/s41598-023-43681-y |
[17] |
陈二虎, 沈丹蓉, 杜文蔚, 孟宏杰, 唐培安. 表皮蛋白基因参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1696-1707. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.09.007.
|
|
|
[18] |
doi: 10.1093/jee/toaa273 |
[19] |
doi: 10.1126/science.1224951 pmid: 23139334 |
[20] |
doi: 10.1002/ps.5221 pmid: 30255667 |
[21] |
doi: 10.1111/asj.2004.75.issue-4 |
[22] |
陈二虎, 袁国庆, 孙晟源, 唐培安. 环境胁迫对锈赤扁谷盗呼吸速率及线粒体编码基因表达水平的影响. 中国农业科学, 2023, 56(24): 4866-4879. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.006.
|
|
|
[23] |
doi: 10.1080/15476286.2016.1197481 pmid: 27310614 |
[24] |
陈艳. 基于呼吸速率的锈赤扁谷盗监测模型建立及呼吸调控机理研究[D]. 南京: 南京财经大学, 2022.
|
|
|
[25] |
唐培安, 李敏, 冯润秋, 王娟, 刘蔓文, 王亚洲, 袁明龙. 基于线粒体基因组数据的扁甲系总科间系统发育关系分析. 中国科学: 生命科学, 2019, 49(2): 163-171.
|
doi: 10.1360/N052018-00119 |
|
[26] |
doi: 10.1038/s41598-017-07430-2 |
[27] |
doi: 10.1006/meth.2001.1262 |
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1038/s41580-021-00415-0 |
[30] |
pmid: 17597470 |
[31] |
doi: 10.1093/toxsci/kfy248 pmid: 30304530 |
[32] |
doi: 10.1603/EC12064 |
[33] |
doi: 10.1093/toxsci/kfm278 |
[34] |
doi: 10.1038/290457a0 |
[35] |
doi: 10.1126/science.283.5407.1488 pmid: 10066163 |
[36] |
郎宁. 辣根素熏蒸处理下三色书虱线粒体相关基因表达研究[D]. 重庆: 西南大学, 2019.
|
|
|
[37] |
张超. 辣根素熏蒸对玉米象线粒体作用机理研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
|
|
|
[38] |
doi: 10.1038/191144a0 |
[39] |
doi: 10.1016/j.biocel.2012.11.019 |
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
doi: 10.3389/fonc.2017.00118 pmid: 28642839 |
[43] |
doi: 10.1016/j.bbabio.2016.02.013 |
[44] |
doi: 10.1016/j.pestbp.2016.10.001 |
[45] |
doi: 10.1016/j.pestbp.2015.07.009 |
[46] |
doi: 10.1038/hdy.2015.24 pmid: 25853517 |
[47] |
doi: 10.2353/jmoldx.2006.050088 |
[1] | 罗丽丹, 陈嘉明, 安琪, 刘磊, 孙勤哲, 刘欢, 王森山, 宋丽雯. 极端高温对截形叶螨体内海藻糖含量及海藻糖转运蛋白基因的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1091-1101. |
[2] | 赵艺妍, 郭红芳, 刘卫敏, 赵小明, 张建珍. 飞蝗载脂蛋白对卵巢发育和脂质沉积的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 711-720. |
[3] | 李楚欣, 宋晨虎, 周金环, 李佳欣, 王新亮, 田旭斌, 宋震. 基于VIGS的柑橘黄化脉明病毒防控技术研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4473-4482. |
[4] | 袁国庆, 陈二虎, 唐培安. 线粒体编码基因ND6和ATP6介导锈赤扁谷盗低温耐受性形成的机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4483-4494. |
[5] | 王妮, 施哲逸, 尤元政, 张超, 周文武, 周瀛, 祝增荣. miRNA对褐飞虱鞘脂质代谢基因表达的影响及沉默NlSPT1和NlSMase4的small RNA分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4022-4034. |
[6] | 赵风云, 程志虹, 谭强飞, 朱嘉宁, 孙万合, 张紊玮, 贠建民. 甘露醇对草菇继代菌株生产性状和ROS清除能力的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 190-203. |
[7] | 陈二虎, 沈丹蓉, 杜文蔚, 孟宏杰, 唐培安. 表皮蛋白基因参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1696-1707. |
[8] | 邵红扬, 孟香, 张涛, 陈敏. 响应槲皮素诱导的美国白蛾P450基因及CYP6ZB2功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1322-1332. |
[9] | 陈二虎, 袁国庆, 孙晟源, 唐培安. 环境胁迫对锈赤扁谷盗呼吸速率及线粒体编码基因表达水平的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(24): 4866-4879. |
[10] | 黄勋和,翁茁先,李威娜,王庆,何丹林,罗威,张细权,杜炳旺. 中国地方品种黄鸡线粒体DNA D-loop遗传多样性研究[J]. 中国农业科学, 2022, 55(22): 4526-4538. |
[11] | 关若冰,李海超,苗雪霞. RNA生物农药的商业化现状及存在问题[J]. 中国农业科学, 2022, 55(15): 2949-2960. |
[12] | 尹飞,李振宇,SAMINA Shabbir,林庆胜. P450基因在氯虫苯甲酰胺不同抗性品系小菜蛾中的表达及功能分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(13): 2562-2571. |
[13] | 邬伟,徐慧丽,王正亮,俞晓平. 褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin2的克隆及其功能分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(12): 2338-2346. |
[14] | 陈二虎,孟宏杰,陈艳,唐培安. 表皮蛋白基因TcCP14.6和TcLCPA3A参与介导赤拟谷盗对磷化氢的抗性形成[J]. 中国农业科学, 2022, 55(11): 2150-2160. |
[15] | 徐翔,解屹,宋丽云,申莉莉,李莹,王勇,刘明宏,刘东阳,王小彦,赵存孝,王凤龙,杨金广. 高效靶向降解烟草花叶病毒核酸的dsRNA筛选与大量制备[J]. 中国农业科学, 2021, 54(6): 1143-1153. |
|