苹果蠹蛾抗药性相关基因家族和关键基因抗药性GWAS分析

摘要

苹果蠹蛾在世界范围内广泛分布，是一种毁灭性的检疫害虫，以幼虫蛀果为害，对全球仁果产业造成巨大的经济损失。由于长期依赖化学杀虫剂进行防治，致使苹果蠹蛾在许多国家和地区抗药性问题日趋严重，同时导致防治成本和质量安全隐患不断增加。系统深入地研究苹果蠹蛾抗药性机理，挖掘新靶标是开辟苹果蠹蛾防治新方法的有效途径，迅速成为研究热点，同时，苹果蠹蛾基因组测序的完成大幅降低了研究难度。本文在苹果蠹蛾基因组数据基础上，利用生物信息学和分子生物学技术手段，深度挖掘苹果蠹蛾基因组中与抗药性相关的基因，并结合重测序数据挖掘抗药性相关的突变位点，获得11个与抗性相关的基因家族，进行了抗药性全基因组关联分析分析，为全面解析苹果蠹蛾抗药性机制提供了分子基础，并为新靶标基因的挖掘，新药剂研制和抗药性综合治理提供科学数据和理论依据。主要研究结果有以下三个方面:
　　1.基于苹果蠹蛾基因组数据，从基因组水平高通量挖掘、分析抗药性相关的基因家族，获得了杀虫剂作用靶标基因和解毒代谢相关基因家族11个。其中，与解毒代谢相关的基因家族4个，包括:127个细胞色素P450基因、21个谷胱甘肽S-转移酶基因、74个羧酸酯酶基因、66个ABC转运蛋白;杀虫剂作用靶标基因家族7个，包括:4个谷氨酸门控的氯离子通道、4个GABA门控的氯离子通道、1个钙离子通道、1个电压门控钠离子通道、12个乙酰胆碱受体、2个乙酰胆碱酯酶基因和11个水通道蛋白编码基因。此外，与其他物种的基因组比较分析发现，苹果蠹蛾的P450基因、ABC转运蛋白、水通道蛋白均有显著扩增的现象。
　　2.靶标抗性是昆虫抗药性的一个重要机制，从苹果蠹蛾的基因组数据中获得12条烟碱型乙酰胆碱受体基因序列，为进一步研究苹果蠹蛾对新烟碱类杀虫剂的靶标抗性机制奠定基础。利用现代分子生物学技术克隆获得了8条苹果蠹蛾nAChR亚基基因的全长序列，对上述8个基因序列结构的生物信息学分析表明:它们的分子量均在36-60kD之间，PI值在4.7-8.0之间，均含有α螺旋、β折叠、延伸链和无规则卷曲，所含的内含子与外显子数目不尽相同，其基因序列比较保守。
　　3.细胞色素P450的解毒功能也是昆虫抗药性的一种重要机制。通过对苹果蠹蛾基因组中127个P450基因进行5'RACE克隆，成功得到100个P450基因的5'UTR区域，将其定位到基因组中并利用苹果蠹蛾的重测序数据，进行GWAS分析。在100个P450基因的启动子区域共检测到与甲基谷硫磷抗性相关的SNP位点5个，与溴氰菊酯抗性相关的SNP位点49个，这些P450基因大部分是Clan3和Clan4亚家族的成员。在CarE、ABC和GST等其它几个关键基因的编码区域分别找到与甲基谷硫磷抗性相关的SNP位点4个，与溴氰菊酯抗性相关的SNP位点25个。

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摘要

第一章 引言

1．1 苹果蠹蛾的抗药性研究状况

1．1．1 苹果蠹蛾的发生与危害

1．1．2 苹果蠹蛾抗药性现状

1．1．3 苹果蠹蛾抗药性机制研究进展

1．2 昆虫烟碱型乙酰胆碱受体研究进展

1．2．1 烟碱型乙酰胆碱受体的结构

1．2．2 昆虫烟碱型乙酰胆碱受体亚基的研究

1．2．3 昆虫烟碱型乙酰胆碱与抗药性机理研究

1．3 昆虫细胞色素P450研究进展

1．3．1 昆虫细胞色素P450

1．3．2 P450基因的过量表达特征

1．4 全基因组关联分析

1．4．2 全基因组关联分析研究的方法步骤

1．5 研究的目的和意义