中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (20): 4057-4070.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.20.011
孙思思1,3(), 马伍2, 司惠茹2, 王贤忠2, 柳强4, 罗炎琳2, 陈孝玉龙1(
), 唐斌2(
)
收稿日期:
2024-07-02
接受日期:
2024-08-22
出版日期:
2024-10-16
发布日期:
2024-10-24
通信作者:
联系方式:
孙思思,E-mail:sunsisi3s@foxmail.com。
基金资助:
SUN SiSi1,3(), MA Wu2, SI HuiRu2, WANG XianZhong2, LIU Qiang4, LUO YanLin2, CHEN XiaoYuLong1(
), TANG Bin2(
)
Received:
2024-07-02
Accepted:
2024-08-22
Published:
2024-10-16
Online:
2024-10-24
摘要:
【目的】当前农作物害虫对高湿等逆境环境适应能力增强,水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一种膜蛋白,是昆虫维持体内水分平衡的必要蛋白。本研究通过高湿度胁迫豌豆修尾蚜(Megoura crassicauda),经转录组测序筛选出两条McAQP序列结构,结合实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证,明确豌豆修尾蚜AQP特征及响应高湿度胁迫表达变化,为深入挖掘AQP基因功能提供理论依据。【方法】设置环境相对湿度(RH)为60%、75%和90%,培养豌豆修尾蚜。观察其生长发育情况并检测体内相关物质含量及基因相对表达量,基于从豌豆修尾蚜比较转录组测序中获得的两条McAQP序列(分别命名为McAQP X1、McAQP X2),通过生物信息学方法分析其理化性质和序列结构,以及与其他昆虫间的同源性。最后采用qRT-PCR技术测定长期稳定高湿度胁迫和24 h紧急高湿度胁迫下AQP X1、AQP X2、Vg、VgR的相对表达量。【结果】与RH 60%和RH75%相比,RH 90%条件下豌豆修尾蚜繁殖力极显著降低,发育历期与存活率却无显著差异。随着相对湿度的升高,豌豆修尾蚜体内含水率下降,同时出现体色变化、长翅等特殊表型现象。McAQP X1、McAQP X2序列分子量分别为33.89和28.94 kDa,理论等电点为5.36和5.32,蛋白长度分别为308、272 aa。在多级结构上,McAQP由6个长α螺旋经逆时针旋转排布形成一个桶状通道,而4个单体形成一个四聚体行使功能。qRT-PCR分析表明,McAQP X1和McAQP X2均随相对湿度升高而表达水平上调,与转录组测序结果基本一致。在长期稳定高湿度胁迫下豌豆修尾蚜的Vg和VgR均在RH 75%表达水平上调,在RH 90%表达水平下调。在24 h紧急高湿度胁迫下Vg表达水平随湿度升高呈现下调,而VgR在RH 90%表达水平上调。【结论】高湿度环境影响豌豆修尾蚜的繁殖、含水率、体型及体色;定位于亚家族Ⅱ的水通道蛋白序列结构相对保守,没有形成差异性强烈的物种特异分化;NPA位点对于水通道蛋白的功能至关重要,其中的天冬酰胺残基对于水分子在中心通道的通过起着结构性的作用;McAQP表达量变化可能是豌豆修尾蚜应对湿度变化的重要手段。
孙思思, 马伍, 司惠茹, 王贤忠, 柳强, 罗炎琳, 陈孝玉龙, 唐斌. 豌豆修尾蚜水通道蛋白特征及响应高湿度胁迫表达变化[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4057-4070.
SUN SiSi, MA Wu, SI HuiRu, WANG XianZhong, LIU Qiang, LUO YanLin, CHEN XiaoYuLong, TANG Bin. AQPs Characteristics of Megoura crassicauda and Their Expression Changes in Response to High Relative Humidity Stress[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(20): 4057-4070.
表1
实时荧光定量PCR所需引物"
基因名称<BOLD>G</BOLD>ene name | 正向引物Forward primer (5′-3′) | 反向引物Reverse primer (5′-3′) |
---|---|---|
McAQP X1 | TGTGTTTGACGCACCAATGTC | AACGCAGTGCCAAACAGTTC |
McAQP X2 | AACCGGGACAAGGATTCGTC | TAGATGGGCGGCAGCAATAG |
McVg | GCATTAGCCACTATGTTTCA | CGTATTGCTCCATTGTTGT |
McVgR | AGATTGATTGCCACGACGGT | TTCCGTCACATCTCCACGTC |
McActin | GATCATTGCCCCACCAGAAC | TTTACGGTGGACAATGCCTG |
表2
豌豆修尾蚜水通道蛋白转录本表达"
基因 Gene | 基因ID Gene ID | RH 60% vs RH 75% | RH 60% vs RH 90% | RH 75% vs RH 90% | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
log2FC | P值P value | log2FC | P值P value | log2FC | P值P value | ||
McAQP X1 | PB.6653.1 | 0.4487 | 5.62E-07 | 0.1090 | 0.2594 | -0.3282 | 6.01E-05 |
McAQP X2 | PB.17934.1 | 0.4067 | 0.5397 | 0.5026 | 0.4215 | 0.1111 | 0.8436 |
PB.13731.1 | -0.3547 | 0.1984 | 0.5392 | 0.0317 | 0.9044 | 6.57E-05 | |
PB.26879.1 | NA | NA | 5.3254 | 0.0122 | 5.2597 | 0.0170 | |
PB.11356.1 | -0.1972 | 0.4002 | -0.5149 | 0.0297 | -0.3053 | 0.1182 |
图3
基于氨基酸序列构建的McAQP与其他昆虫水通道蛋白的系统进化树 Armigeres subalbatus骚扰阿蚊;Culex quinquefasciatus致倦库蚊;Aedes albopictus白纹伊蚊;Aedes aegypti埃及伊蚊;Topomyia yanbarensis细竹局限蚊;Anopheles gambiae冈比亚按蚊;Anopheles stephensi斯蒂芬西按蚊;Coptotermes formosanus台湾乳白蚁;Cryptotermes secundus白蚁;Nilaparvata lugens褐飞虱;Rhopalosiphum padi禾谷缢管蚜;Melanaphis sacchari高粱蚜;Aphis gossypii棉蚜;Metopolophium dirhodum麦无网长管蚜;Acyrthosiphon pisum豌豆蚜;Dalotia coriaria隐翅虫;Leptinotarsa decemlineata马铃薯甲虫;Neodiprion pinetum松叶蝶;Diprion similis松木蝇;Pseudomyrmex gracilis细伪切叶蚁;Schistocerca nitens亮沙漠蝗;Schistocerca gregaria沙漠蝗;Actericera cockerelli马铃薯木虱;Phenacoccus solenopsis扶桑绵粉蚧;Daktulosphaira vitifoliae根瘤蚜;Megoura crassicauda豌豆修尾蚜"
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