【摘 要】
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苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是应用最为成功的生物杀虫剂,但对其抗性机制认识的不足,严重制约着Bt杀虫蛋白的进一步开发与应用,并威胁着转Bt基因作物的使用寿命.十字花科重要害虫小菜蛾[Plutella xylostella(L.)]是最早被发现在田间对Bt产生抗性的害虫.前期研究发现,小菜蛾对Bt Cry1Ac的抗性由多受体基因变化所致,由其上游的丝裂原活化蛋
【机 构】
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中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京100193 中国农业科学院蔬菜
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苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是应用最为成功的生物杀虫剂,但对其抗性机制认识的不足,严重制约着Bt杀虫蛋白的进一步开发与应用,并威胁着转Bt基因作物的使用寿命.十字花科重要害虫小菜蛾[Plutella xylostella(L.)]是最早被发现在田间对Bt产生抗性的害虫.前期研究发现,小菜蛾对Bt Cry1Ac的抗性由多受体基因变化所致,由其上游的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径调控.本研究以抗Cry1Ac近等基因系小菜蛾幼虫中肠为研究材料,开展全基因组甲基化、中肠转录组和蛋白质组联合测序,通过多层组学整合分析,建立小菜蛾中肠DNA甲基化控制基因表达的分子调控网络,研究评价DNA甲基化对小菜蛾抗Cry1Ac的贡献.实验结果表明,小菜蛾全基因组胞嘧啶甲基化率约为0.8％,且以CG形式为主,抗性品系的甲基化率低于Cry1Ac敏感品系的甲基化率.小菜蛾中mCG主要集中在基因区,且以低甲基化的形式为主.在甲基化的基因中,mCG的密度明显向CDS的5端偏斜.我们在抗感品系间鉴定到了425个差异甲基化的基因,在抗性种群中有65.4％的差异甲基化基因是低甲基化基因,在这些低甲基化基因中我们鉴定到了与杀虫剂抗性相关的候选基因.对抗敏种群小菜蛾幼虫中肠转录组与iTRAQ定量蛋白组联合分析,发现了大量可能的Bt受体和与抗性相关的蛋白质差异表达,其中包括6个ABC转运蛋白、4个氨肽酶N等.其中发现多个与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)代谢途径相关的基因,在两个种群中存在表达差异,这些基因或蛋白的表达差异可能跟与MAPK调控受体引起抗性有关.我们分析了基因的甲基化与表达量之间的关系,发现基因表达量的高低与甲基化状态有关而与甲基化率高低无关,甲基化基因的表达量显著高于非甲基化基因的表达量.暗示小菜蛾基因区域的甲基化对基因的表达具有重要调控作用.研究结果为MAPK途径控制多受体基因变化的遗传调控网络的阐明提供数据支持,对Bt杀虫蛋白的开发与可持续应用具有重要的理论和实践意义.
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