白背飞虱proPO-AS级联反应免疫相关基因的筛选及功能鉴定

Insects have a powerful innate immune system with which to defend against pathogenic intruders. Innate immune responses have been well documented in the metabolous insect species. Little is known about the immune responses in hemimetabolous insects,eg. rice planthopper, despite the fact that their destruction of agricultural crops has become increasingly serious in recent years. Understanding the immune mechanisms of hemimetabolous insects, especially the insect pests, is becoming an urgent requirement. Sogatella furcifera is an important pest of rice in Guizhou province. In this program, a serious Hemimetabolism pest S. furcifera, is chosen as research object. We will firstly clone the PPO gene family in proPO-AS cascade pathway and clarify their expression patterns and identify their biological function. Then, we will obtain candidate digital expression genes using transcriptome sequencing and digital gene expression after inducing by pathogen in S. furcifera. At last, we will identify genes function in proPO-AS cascade pathway-related by large-scale RNAi technology. This program will unearth and identify the gene function in proPO-AS cascade pathway in Sogatella furcifera, and also is a significant exploration for pest management based on the immune-related genes silencing by RNA interference, which is important for developing new methods on insect pest control.

昆虫具有强大的免疫系统用于防御外界病原入侵者。内源免疫反应已经在变态昆虫中得到很好的研究，但对半变态昆虫的免疫反应了解的很少，事实上近年来半变态昆虫如稻飞虱对农作物的破坏日趋严重。因此，对半变态昆虫免疫机制的理解，正变得迫切需要。白背飞虱是贵州水稻的重要害虫之一。本项目拟以水稻重要半变态害虫白背飞虱为研究对象，首先克隆proPO-AS级联反应通路关键基因-酚氧化酶原（prophenoloxidase PPO）家族基因，并明确其表达模式和鉴定它们在白背飞虱中的生物学功能；其次利用病原菌诱导白背飞虱，通过转录组测序及数字表达谱技术筛选获得差异表达候选基因；然后利用规模化RNAi技术鉴定与proPO-AS激活级联通路关键基因的功能。本研究不仅可以挖掘和阐明白背飞虱proPO-AS级联反应通路基因的功能，更是对以调节昆虫免疫反应来进行害虫控制的一次重要探索，对于害虫防治新方法的发展具有重要意义。

昆虫具有强大的免疫系统用于防御外界病原入侵者。内源免疫反应已经在变态昆虫中得到很好的研究，但对半变态昆虫的免疫反应了解的很少。近年来半变态农业害虫对于农作物的破坏日趋严重。因此，对半变态昆虫免疫机制的研究变得迫切需要。本项目以贵州省水稻重要半变态害虫白背飞虱为研究对象，首先通过PacBio SMRT转录组测序，获得大量白背飞虱全长基因序列。从中我们找到3个proPO-AS级联反应通路关键基因-酚氧化酶原（prophenoloxidase PPO）家族基因，分别命名为SfPPO1、SfPPO2-1、SfPPO2-2。生物信息学分析表明，白背飞虱的3个PPO蛋白具有较高的同源性，且与褐飞虱的亲缘关系最近；3个不同的SfPPO基因在不同发育阶段表达类似，均在成虫第3天高表达，其中SfPPO2-1和SfPPO2-2的表达模式几乎一致；SfPPO1、SfPPO2-1基因在表皮和脂肪体内表达较高；SfPPO2-2基因在翅和脂肪体内表达较高，在头、足、中肠等组织表达相对较低；与注射dsGFP组相比，注射靶标基因的dsRNA后都能够显著沉默本基因表达，而且当本基因表达被沉默后，其余的SfPPO基因出现显著高表达，说明具有补偿功能；注射大肠杆菌诱导SfPPO后12 h，SfPPO2-1和SfPPO2-2表达量显著升高，SfPPO1表达量则在诱导24 h后显著升高；注射枯草芽胞杆菌诱导24 h后，SfPPO1，SfPPO2-1和SfPPO2-2表达量都显著升高。本研究不仅可以挖掘和阐明白背飞虱proPO-AS级联反应通路基因的功能，更是对以调节昆虫免疫反应来进行害虫控制的一次重要探索，对于害虫防治新方法的发展具有重要意义。