二化螟味觉受体基因鉴定、克隆与表达模式分析

[背景]二化螟(Chi1o suppressalis)是我国水稻上的重要害虫之一,味觉受体(gustatory receptor,GR)基因在昆虫取食、产卵等过程中发挥重要作用.[目的]基于组学数据鉴定并克隆二化螟GR基因序列,明确其在不同发育阶段和成虫不同组织中的表达特性,为后续深入研究二化螟GR基因的功能打下基础.[方法]结合二化螟转录组数据和其他昆虫的GR基因序列,通过多重序列比对,鉴定二化螟GR基因.利用RT-PCR方法克隆获得二化螟GR基因的完整开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,运用生物信息学分析工具对二化螟GR基因编码的氨基酸序列进行分子生物学特征、结构域等分析;基于最大似然法构建二化螟GR基因蛋白序列与其他昆虫GR基因的系统进化树;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法分析GR基因在二化螟不同发育阶段(1-6龄幼虫和雌、雄成虫)和成虫不同组织(雌、雄成虫的触角、头、翅、腹、足)中的表达模式.[结果]鉴定并克隆得到5个二化螟GR基因,分别命名为CsupGR1-5,ORF长度为1 122-1 428 bp,编码氨基酸序列长度为373-475 aa,其中CsupGR2、CsupGR4、CsupGR5具有7个跨膜结构域,CsupGR1、CsupGR3具有8个跨膜结构域.系统进化分析显示,CsupGR1、CsupGR2与黑腹果蝇Dme1GR63a及小菜蛾Pxy1GR7、Pxy1GR8亲缘关系较近,属于CO2受体家族;CsupGR3与黑腹果蝇Dme1GR43a及家蚕BmorGR9、BmorGR10亲缘关系较近,属于果糖/肌醇受体家族;CsupGR4、CsupGR5与黑腹果蝇Dme1GR64及家蚕BmorGR5-8亲缘关系较近,属于糖受体家族.发育期表达谱分析表明,二化螟5个GR基因在不同发育时期均有表达,其中CsupGR1、CsupGR4均在雄成虫中高表达,CsupGR2在1龄幼虫和雄成虫中表达量最高,CsupGR3在成虫中高表达,CsupGR5在4龄幼虫中表达量最高;组织表达谱分析表明,5个GR基因在雌、雄成虫的各组织均有表达,其中CsupGR1、CsupGR5在成虫头部表达量高,CsupGR2-4在成虫触角部位高表达.[结论]鉴定克隆的5个二化螟GR基因均具有昆虫味觉受体基因的典型特征,且在成虫触角或头部高表达,推测这5个基因可能与二化螟识别和适应寄主植物有关.