SlGSTE1在斜纹夜蛾进食植物的功能研究

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在昆虫与植物长期协同进化过程中,植物产生了一系列次生物质以驱避、拒食、毒杀和抑制昆虫生长发育等方式来防御昆虫的侵食,而昆虫则发展了庞大的解毒酶系统以代谢有毒的植物次生物质而使昆虫得以宿主植物。因此昆虫解毒酶在农业害虫危害不同喜好植物中起着重要作用。斜纹夜蛾(Spodoptera litura)是一种暴食型杂食性农业害虫,大量关于植物诱导其解毒酶活性变化以及个别解毒酶基因的表达增加已有报道,但仍没有相关解毒酶基因在斜纹夜蛾进食不同喜好植物中的分子作用机制的报道。为此,本研究对我们在斜纹夜蛾中肠蛋白组学中发现的一个对多种植物都有最高表达的GST同工酶(SlGSTE1),开展其在斜纹夜蛾进食植物和取食行为中的功能研究。研究结果如下:   (1) SlGSTE1通过对植物次生物质的响应以及代谢作用,影响斜纹夜蛾进食植物。   用RNAi方法干扰了中肠SlGSTe1表达,斜纹夜蛾对喜好的芥菜(Brassica juncea Coss.var.foliosa Bailey)进食量下降,生长受阻。酶动力学分析表明SlGSTE1可以降解芥菜主要次生物质吲哚-3-甲醇。结果表明SlGSTE1是影响斜纹夜蛾与植物关系的重要解毒酶。   (2)SlGSTE1影响斜纹夜蛾对植物的取食行为。   通过RNAi技术,干扰了SlGSTe1的表达,而使斜纹夜蛾无法爬向芥菜,不能进食并逐渐死亡。斜纹夜蛾闻了芥菜及其挥发性次生物质烯丙基异硫氰酸酯后,其头部SlGSTe1的表达增加。酶动力学分析表明,SlGSTE1具有较高的降解烯丙基异硫氰酸酯能力。实验初步表明SlGSTE1通过对头部吸进的有毒挥发性次生物质的代谢,而影响斜纹夜蛾对十字花科植物的取食行为。   (3) SlGSTE1主要以不同的表达量而非酶促转化效率,来影响斜纹夜蛾对植物的喜好性。   选择同剂量的斜纹夜蛾喜好的芥菜主要次生物质吲哚-3-甲醇和不喜好的香菜(Coriandrum sativum L.)花椒毒素喂食斜纹夜蛾,斜纹夜蛾的进食量及生长量皆是前者的大于后者,表明斜纹夜蛾较喜好吲哚-3-甲醇而非花椒毒素;同时也表明花椒毒素对斜纹夜蛾的毒性大于吲哚-3-甲醇。用GST酶活性专一抑制剂以及直接GST酶活性分析表明,GST酶活性增加是斜纹夜蛾应对这两种植物次生物质的主要解毒机制,吲哚-3-甲醇诱导的酶活性大于花椒毒素。SlGSTe1的表达分析显示它对吲哚-3-甲醇的响应要大于对花椒毒素的。酶动力学分析表明SlGSTE1对吲哚-3-甲醇的酶促转化效率却略低于对花椒毒素的。喂食SlGSTE1蛋白的斜纹夜蛾增加了对两种植物次生物质的抵抗力,生长有所增加。这些实验结果反映了杂食性斜纹夜蛾与不同喜好性植物协同进化的重要分子机制:昆虫解毒酶基因的表达量增加,导致昆虫进食植物后解毒酶活性增加,表达量与昆虫对植物的喜好性成正相关。   综合所有实验结果表明,SlGSTE1是斜纹夜蛾危害植物的重要解毒酶,它通过对肠道及头部的植物次生物质解毒而发挥作用,有望成为防治斜纹夜蛾的新靶标。
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