两个褐飞虱海藻糖转运蛋白基因的结构及调控海藻糖代谢功能

摘要：

[目的]海藻糖是昆虫中的主要血糖物质,在昆虫的发育及生理活动中发挥重要功能.其中,海藻糖转运蛋白(Tret)在将海藻糖从其生成组织(例如脂肪体)运输到其消耗组织的过程中起着重要作用.本研究通过分析褐飞虱(Nilaparvata lugens)两条Tret1的序列结构,进一步抑制NlTret1的表达,探讨这两个NlTret1在褐飞虱体内的生物学功能.[方法]以褐飞虱两条Tret1序列为研究对象,利用生物信息学技术分析其蛋白结构以及与其他昆虫之间的同源性.采用RNAi (RNA interference)技术将合成的外源dsRNA (double-stranded RNA)注射到实验室饲养褐飞虱种群体内,抑制其体内NlTret1的表达,分别在注射48h后取材,抽取总RNA并用反转录试剂盒合成第一链cDNA,采用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)技术检测ds NlTret1的干扰效果以及RNAi后褐飞虱体内海藻糖代谢通路中相关基因的表达,最后测定葡萄糖、海藻糖和糖原含量以及海藻糖酶活性.[结果]生物信息学分析表明,NlTret1-likeX1和NlTret1-2 X1的开放阅读框长度分别为1 920和1 578 bp,分别编码639和525个氨基酸,预测蛋白分子量分别为69.29和58.71 kD,等电点分别为8.32和8.36;NlTret1-like X1和NlTret1-2X1的二级结构主要包含螺旋和卷曲;保守结构域分析显示它们均属于MFS家族.进化分析结果显示不同昆虫的Tret1蛋白具有较高的同源性,且褐飞虱与其他半翅目昆虫具有较近的亲缘关系;与注射dsGFP组相比,注射靶标基因的dsRNA后均能够显著沉默本基因的表达;褐飞虱体内糖原、葡萄糖在注射dsNlTret1-like X1和dsNlTret1-2 X1后,其含量均无显著变化,然而不同于注射dsNlTret1-2 X1组,在注射dsNlTret1-like X1后褐飞虱体内海藻糖含量极显著升高;干扰NlTret1-like X1 48h后褐飞虱体内TPS1、TPS2、TRE1-1、RE1-2和TRE2的表达均极显著下调;而干扰NlTret1-2 X1 48 h后褐飞虱体内TPS1、TPS2和TRE1-1的表达虽也极显著下降,但TRE1-2和TRE2极显著上调;在注射dsNlTret1-like X1后,试虫可溶性海藻糖酶和膜结合型海藻糖酶的活性均极显著降低,而在注射dsNlTret1-2 X1后无显著变化.[结论]褐飞虱的两个Tret1在不同组织间发挥着不同的功能,其中NlTret1-like X1在特异性转运海藻糖参与能量供应中起到更为显著的作用.研究结果有助于探索Tret1在昆虫或无脊椎动物中调控海藻糖代谢平衡的调节机制,可为将来通过调控血糖平衡来控制褐飞虱等害虫提供理论依据.

关键词：褐飞虱、海藻糖转运蛋白、结构、海藻糖代谢、RNA干扰

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资助基金：国家自然科学基金31672081,31371996

在线出版日期：2021-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：4802-4812