二化螟谷氨酸门控氯离子通道选择性剪接体的药理学性质和功能的比较研究

For the specific expression in invertebrates, the glutamate-gated chloride channels (GluCls) are the ideal targets for the development of highly selective insecticides. Alternative splicing in GluCl-encoding genes causes the functional diversity of GluCls, which always changes the interaction of GluCls and related insecticides. In previous studies, GluCls splicing variants are often confined to the classic ion channel function of nematodes and sanitary pest Musca domestica. However, related studies in insects with agricultural importance are limited, especially for the non-classical functions of insect GluCls. On the basis of previous identification of four GluCls splicing variants in Chilo suppressalis, the real time PCR, in vitro expression and RNA interference techniques will be employed to analyze the expression patterns of encoding genes, pharmacological properties and physiological functions of splicing variants. Then, using protein structure modeling, we will try to identify the key amino acid residues affecting importantly on ligands binding. The potential mechanisms of GluCls affecting the synthesis of juvenile hormone in Chilo suppressalis will also be investigated. The results are of great scientific significance for further revealing the structures and functions of insect GluCls, and also provide theoretical basis for the development of selective insecticides.

无脊椎动物特有的谷氨酸门控氯离子通道（GluCls）是开发高选择性杀虫剂的理想靶标，GluCls编码基因的选择性剪接造成靶标功能多样性，影响靶标与杀虫剂互作关系。目前国内外关于GluCls选择性剪接体药理学特性的研究主要局限于线虫和卫生害虫家蝇的经典的离子通道功能，对农业昆虫GluCls的研究还比较少，尤其是非经典生理功能。本项目拟在前期研究发现二化螟4个GluCl亚基剪接变体的基础上，应用定量PCR、体外表达和RNA干扰等技术对二化螟4个GluCl亚基剪接变体的表达模式、编码蛋白的药理学性质和功能进行比较分析，使用蛋白结构模拟技术分析影响配体结合的重要氨基酸残基，并探讨GluCls影响二化螟保幼激素合成的潜在机制。研究结果对于揭示昆虫GluCls的结构、功能和药理学特征具有重要科学意义，同时也为创制选择性杀虫剂提供理论支撑。

目前GluCl只在无脊椎动物中发现，是开发新型高选择性杀虫剂的重要分子靶标。本项目中，通过对重要农业害虫二化螟的转录组测序，获得了二化螟的大量基因信息。二化螟GluCl在外显子3和外显子9处发生选择性剪接并产生3种主要的剪接变体并主要表达于二化螟神经索和脑组织中。体外表达和电生理检测结果表明，3个剪接变体都能够形成功能性受体。蛋白结构模拟发现，二化螟GluCl在外显子3和外显子9发生的选择性剪接不影响受体与配体的结合。在西花蓟马中同样发现GluCl基因在外显子3处发生选择性剪接并产生2种选择性剪接体。GluCl基因在对阿维菌素抗药性的西花蓟马中过表达，说明GluCl基因过表达可能是导致昆虫对阿维菌素产生抗药性的原因之一。二化螟GluCl基因被沉默后，试虫对阿维菌素的敏感性显著增加，幼虫的体重和化蛹率均显著降低。赤拟谷盗GluCl基因被RNAi后试虫的保幼激素和蜕皮激素含量及其合成相关基因的表达水平都发生显著变化，说明GluCl在昆虫的生长发育中具有重要作用。研究结果对于揭示昆虫GluCls的结构和功能具有重要科学意义，同时也为创制选择性杀虫剂和害虫防治提供研究基础和指导。