荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1的基因克隆及基于HIGS技术的功能分析

作者：王晗; 尚哲明; 刘晓明; 刘德广^*

来源：昆虫学报, 2023, 66(02): 158-170.

DOI：10.16380/j.kcxb.2023.02.005

• 荻草谷网蚜
• 唾液蛋白
• 效应子
• 亚细胞定位
• 基因沉默

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi是我国农业生产中的重大害虫之一，其唾液中存在许多功能各异的效应蛋白，在取食过程中参与蚜虫-植物互作。本研究旨在探索荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1在该蚜虫取食和繁殖过程中的功能，探索其作为沉默靶标用于防治荻草谷网蚜的可行性。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组数据，克隆荻草谷网蚜SmHMp1的cDNA全长序列，并进行生物信息学分析；以RT-qPCR技术测定荻草谷网蚜不同发育阶段(1-4龄若虫以及无翅成蚜)、无翅成蚜不同组织(唾液腺、头、胸、腹、胚胎以及整虫)、不同翅型成蚜(有翅成蚜和无翅成蚜)以及取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的无翅成蚜中SmHMp1基因表达量；以农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的烟草瞬时表达确定SmHMp1蛋白的亚细胞定位；构建大麦条纹花叶病毒(barley stripe mosaic virus, BSMV)重组病毒载体，利用寄主诱导的基因沉默技术(host-induced gene silencing, HIGS)沉默荻草谷网蚜SmHMp1基因后，通过解剖、生命表和刺探电位(electrical penetration graph, EPG)技术分析SmHMp1基因沉默对荻草谷网蚜生长发育、繁殖和取食的影响。【结果】克隆获得荻草谷网蚜SmHMp1 (GenBank登录号：OP021692) cDNA全长序列，其开放阅读框长426 bp,编码141个氨基酸残基；预测其蛋白质分子质量为16.2 kD,理论等电点8.74,N端具有长度为19个氨基酸残基的信号肽。系统发育分析显示，SmHMp1与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum未注释蛋白LOC100165393 precursor(GenBank登录号：NP＿001155659.1)亲缘关系最近。RT-qPCR结果表明，荻草谷网蚜SmHMp1在各发育阶段均有表达，在1龄若虫期表达量最高，随发育时间总体呈先下降后升高趋势；SmHMp1在无翅成蚜唾液腺中表达量显著高于在其他组织中的；不同翅型成蚜中，SmHMp1表达量无显著性差异；取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量无显著性差异。亚细胞定位结果显示，SmHMp1蛋白定位于烟草细胞膜与细胞核。在接种BSMV-SmHMp1重组病毒小麦上取食的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量极显著下降至对照组(接种BSMV-GFP)的43.64%;沉默SmHMp1荻草谷网蚜无翅成蚜8日产蚜量和胚胎数显著下降，分别为对照组的54.17%和46.25%;韧皮部取食时间显著缩短至对照组的64.95%。【结论】唾液蛋白SmHMp1在荻草谷网蚜取食和繁殖过程中可能发挥重要作用，具有作为HIGS靶标防治荻草谷网蚜的应用潜力。本研究有利于深入理解分子水平上的蚜虫-寄主互作和发展针对荻草谷网蚜的绿色防控手段。

• 单位
  西北农林科技大学