斑潜蝇生态适应与热激蛋白基因表达的进化

美洲斑潜蝇Liriomyza sativae和南美斑潜蝇Liriomyza huidobrensis是我国的重要外来入侵害虫。为揭示斑潜蝇的生态适应机理，同时阐明物种对环境胁迫适应的微观进化机制，本项目将以两斑潜蝇近缘种为模式对象，研究与斑潜蝇温度胁迫抗性相关的热激蛋白基因家族的基因表达及其进化。内容包括（一）调控斑潜蝇热激蛋白基因热诱导表达的主要功能序列（元件）。（二）推动基因表达的种间分化的遗传基础，即重要的基因调控变异。（三）该遗传变异类型的产生方式，及其和种间适应性特征分化甚至物种形成的关系。因此，该研究将利用分子遗传学和生物信息学的方法和手段，揭示斑潜蝇热激蛋白基因表达调控的一般规律，建立基因表达的调控变异与物种的遗传适应之间的进化关系。该结果有助于阐明斑潜蝇生态入侵和适应的机制，并指导其种群动态预测和控制。

美洲斑潜蝇Liriomyza sativae和南美斑潜蝇Liriomyza huidobrensis是我国的重要外来入侵害虫。为揭示斑潜蝇的生态适应机理，同时阐明物种对环境胁迫适应的微观进化机制，本项目将以两斑潜蝇近缘种为模式对象，研究Hsp70基因表达及其进化。.结果发现：（一）两物种Hsp70编码序列几乎一样，但调控区序列和结构不同，特别是AT含量不同。LsaHsp70基因相对Lhuhsp70基因而言，多了两个A/T富含的片段，一个位于HSE2/3之间，AT含量为75%，命名为A/T-rich sequence fragment 1(ATRS1)。另一个位于HSE3/4之间，AT含量为65%，命名为ATRS2。（二）通过删除突变研究发现，ATRS1导致启动子活性上升，说明ATRS1抑制转录的作用。相反的，删除ATRS2极显著的降低启动子活性，说明该元件上调基因表达的功能。因此，ATRS1和ATRS2序列协同来调节Hsp70基因的表达。（三）A+T的含量可能影响Hsp70基因表达。构建含不同A+T含量的启动子的荧光素酶报告基因后，测定表达发现，对ATRS1，用相同A+T含量和长度的序列取代后，其推动的基因表达不变，说明A+T含量对其调控作用至关重要。但对ATRS2,同样的取代导致其调节的基因表达大大降低，说明其序列结构对基因调节也起部分作用。（四）通过Zeste因子绑定位点的定点突变，我们发现热激和非热激的细胞中，绑定位点突变导致表达量显著降低。Zeste过表达在热激后可以显著增强基因的表达。以上结果说明，ATRS2通过Zeste因子的绑定来调节HSP基因的表达。.研究调控进化（regulatory evolution）的分子和遗传机制为理解表型进化提供新的思路。但目前还没有重要的序列因子被发现，来揭示在许多物种间的共同调控进化机制，也没有将特定序列与调控基因表达调控联系起来。我们的研究结果发现，美洲斑潜蝇和南美斑潜蝇热激蛋白Hsp70表达的种间分化是通过其基因调控区的顺式调节元件的突变实现的。调节元件间协同作用以达到对基因精确调控的目的。而富含A+T的序列是这类元件的共同特征；A+T含量的变化可能促进基因表达的改变。该结果说明，调控进化可能是两种斑潜蝇对环境温度胁迫刺激的反应产生分化的重要机制。