棉铃虫葡萄糖转运蛋白（Glucose transporters）的分子鉴定

RNA interference (RNAi) presents a potential strategy for sustainable integrated pest control, and the careful selection of suitable target genes is important for the success of RNAi approach. Glucose is a necessary energy source in most organisms, but low or elevated level glucose can also result in deleterious responses. Thus, efficient glucose homeostasis mechanism is essential for living organisms. Glucose transporters (GLUTs), which mediate passive glucose transport across membranes, are important in glucose homeostasis. Therefore, GLUTs have great potential to be the targets in RNAi-based control of insect pests. In this project, we will attempt to identify the GLUTs which are responsible for glucose transport in H. armigera, using gene clone, expression analysis and functional assay. Furthermore, the effects of these GLUTs knockdown on H. armigera fitness will be examined by RNAi. The outcomes of this project will have following implications: Firstly, increase our knowledge about the function of the insect GLUTs; Secondly, construct a basis for the comprehensive elucidation of the molecular mechanism of glucose transport in H. armigera; Thirdly, evaluate the potential of GLUTs as novel target genes for control of H. armigera.

基于RNA干扰（RNAi）的害虫防治技术是当前农业害虫可持续综合治理的重要策略，鉴定筛选适宜的靶标基因是该技术成功应用的前提条件。葡萄糖是生物维持正常生长发育所必须的营养物质，但葡萄糖水平过高或过低则具有毒性，因此有效的葡萄糖平衡机制对于生物体来说至关重要。葡萄糖转运蛋白（Glucose transporters, GLUTs）介导葡萄糖的跨膜转运，在维持葡萄糖平衡中发挥着重要作用。以GLUTs作为RNAi害虫防治中的靶标基因具有较大应用潜力。本项目以重要农业害虫棉铃虫为研究对象，通过基因克隆、表达谱分析和功能测定，鉴定出具有葡萄糖转运功能的GLUTs；采用RNAi方法测定GLUTs基因沉默对棉铃虫适合度的影响。研究结果不仅能够增进对昆虫GLUTs功能的认识，为阐明棉铃虫葡萄糖转运的分子机制奠定基础，还能在实践上评估以GLUTs作为棉铃虫防治靶标基因的可行性。

糖是昆虫重要的能量物质。葡萄糖转运蛋白（Glucose transporters, GLUTs）是生物体内介导葡萄糖跨膜转运的重要蛋白，对于维持葡萄糖平衡具有重要作用。棉铃虫是一种重要的农业害虫，深入研究其GLUTs的分子功能有助于鉴定出用于害虫防治的靶标基因。本项目综合利用多种技术对棉铃虫GLUTs开展了深入研究。采用RACE技术共获得了16个棉铃虫GLUTs基因的mRNA序列，其中14个基因与人的GLUT/SLC2A家族及其昆虫海藻糖转运蛋白TRET（trehalose transporter）亚家族形成了不同的分支，说明这些基因可能是GLUT/SLC2A的另外一个亚家族。实时荧光定量PCR（qPCR）实验结果显示，它们的组织表达模式丰富多样，可能参与了多种生物学过程。通过糖转运功能分析，发现了6个可能具有葡萄糖或（和）海藻糖转运的GLUTs；进一步的实验结果确认HaST10可以分别逆H+和Na+浓度梯度对海藻糖和葡萄糖进行转运。利用CRISPR/Cas9技术敲除HaST1基因可导致棉铃虫幼虫的生长发育速度降低、体重下降、死亡率增加，且蛹的重量也显著降低；敲除HaST10基因没有改变棉铃虫幼虫到蛹期的发育历期，但是成虫的寿命与野生型相比显著降低了35.9%，且没有产下可孵化的受精卵，说明HaST1和HaST10对于棉铃虫的生长发育和繁殖具有重要功能。本项目的研究结果表明，葡萄糖转运蛋白对于棉铃虫的生存至关重要，可作为未来害虫防治的靶标基因。