崇明拟异小杆线虫miR--71及其靶基因pdk--1的功能研究

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昆虫病原线虫(entomopathogenicnematodes,EPNs)是一种携带共生菌的昆虫寄生线虫,对许多经济害虫具有生物防治功能。EPNs的寿命和逆境抗性是影响其商品化的重要因素。小杆科EPN崇明拟异小杆线虫Heterorhabditidoides chongmingensis在天然和非天然共生菌培养下,其寿命和抗逆性存在显著差异。miRNA是一类具有调节功能的小分子RNA,在转录后水平参与抑制靶基因的表达。目前线虫miRNA功能研究主要是以秀丽隐杆线虫Caenorhabdit西elegans为模型,涉及到寿命、抗逆性、生长发育、代谢等生物学过程。关于miRNA调控EPNs寿命、抗逆性的研究尚未见报导。本研究以崇明拟异小杆线虫的模式品系Dz0503CMFT(DZ)为试材,探讨miR-71/pdk-1对DZ线虫的寿命和抗逆性的影响,为改善EPNs抗性和调控EPNs的寿命提供理论依据,并为EPNs的大规模商品化运用提供技术支持。所用关键技术和取得的主要研究结果如下所述。
  miR.71的表达水平与DZ线虫的寿命和抗逆性显著正相关。DZ/S1单菌线虫与DZ/186单菌线虫相比有着更长的寿命和更强的抗逆性。通过荧光定量PCR从这2株单菌线虫中筛选出表达量差异显著且高度保守的miR-71(miR-71在DZ/186中的表达水平下调了79.94%)。DZ/S1单菌线虫在37℃热处理5h和在8mM的百草枯氧化处理5h后miR.71的表达水平显著上调(其中热处理后miR-71表达水平上调了3.47倍,氧化处理后miR-71表达水平上调了7.16倍)。
  miR-71/pdk-1参与调控了DZ线虫的寿命和抗逆}生。根据miR-71的3’UTR区序列,从Illumina HiSeqTM2000高通量测序的DZ线虫的转录组数据中筛选出其潜在靶基因——pdk-1。通过双荧光素酶法验证miR-71与pdk-1之间的关系,结果表明,miR-71能够显著降低pdk-1基因的荧光素酶活性(下调了23.84%)。进一步利用miR-71mimic浸泡法检测过量的miR-71进入DZ/S1单菌线虫体内后对pdk-1基因表达水平的影响,结果显示线虫体内中miR-71水平显著上调,并下调了DZ线虫中pdk-1的基因表达水平(降低了32.29%)。miR-71mimic处理组的DZ/S1线虫的平均寿命由对照组的14.48d提升为16.37d,同时miR-71mimic组线虫抗逆性也显著提高。此外,通过分析选取miR-71靶基因pdk-1中310bp片段作为干扰片段,构建干扰片段的表达载体,并转化到大肠杆菌Escherichia coli HT115(DE3)中。经由饲喂法在DZ线虫体内进行pdk-1的RNAi,以daf-16基因作为RNAi阳性对照基因。pdk-1基因表达量下调了46.82%,dqf-16基因表达量下调了49.05%,DZ线虫的平均寿命由对照L4440组的17.60d升高为pdk-1RNAi组的20.53d,同时DZ线虫抗逆性也显著提高。阳性对照daf-16RNAi组的DZ线虫的平均寿命由对照L4440组的17.60d降低为14.96d,同时DZ线虫抗逆性也显著降低。各组之间的DZ单菌线虫在产卵量、雌雄比、发育率和体长并没有显著差异。
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