溴氰菊酯胁迫下小菜蛾UBL40基因的作用与分子机理研究

The metabolism and detoxification of insect under pesticides stress is one kind of the stress responses. In the previous studies, we first found that the ubiquitin extension gene UBL40 was closely related to the stress response of deltamethrin in P. xylostella. But，the precursor protein of UBL40 affect two contrary cellular processes: One of the derivatives is ubiquitin monomer, it is useful for the target protein ubiquitin modification or mainly as a signal of protein degradation; The other derivatives is L40，involved in protein synthesis as the components of ribosomal. So explore the role and mechanism of UBL40 in the stress of deltamethrin could find the new mechanism and regulation mode of detoxification in P. xylostella. This study plans to use RNAi, qRT - PCR, gene expression profile analysis, protein analysis and electron microscope analysis technology, in the living and cell model, to explore the expression and response, which has some relations of ubiquitin - proteasome, nucleolus and the function of the ribosome, of the UBL40 under the stress of deltamethrin. Revealing the relationship and mechanism of UBL40 gene in the deltamethrin resistance will provide the new ideas and new ways for the research of insect resistance mechanism, prevention and control.

昆虫对杀虫剂的代谢和解毒作用，是由杀虫剂胁迫而产生的一种应激反应。在前期研究中，我们首次发现泛素延伸蛋白基因UBL40与小菜蛾对溴氰菊酯的应激反应密切相关。但是，UBL40前体蛋白影响两个相反的细胞过程：衍生的泛素单体用于目标蛋白的泛素化修饰，主要作为蛋白质降解的信号；L40作为核糖体的组成成分参与蛋白质合成。因此，深入探索UBL40在溴氰菊酯应激中的作用与机理，有望发现小菜蛾对溴氰菊酯解毒作用的新机制和新调控模式。本研究利用活体和细胞模型，拟采用RNAi、qRT-PCR、基因过表达、表达谱分析、蛋白质分析和电镜分析等技术，探索溴氰菊酯胁迫对UBL40表达的影响以及UBL40对溴氰菊酯的响应与泛素-蛋白酶体、核仁和核糖体的功能联系，揭示UBL40与溴氰菊酯抗性的关系及其作用机理，为昆虫抗性机理研究和抗性防治工作提供新思路和新途径。

以果蝇Kc细胞为模式系统，结合我们培育的小菜蛾溴氰菊酯抗性品系和敏感品系，采用RNAi、基因过表达、蛋白质双向电泳、质谱分析、荧光定量、蛋白酶体抑制剂、生测等技术，分别对Ub或L40在溴氰菊酯耐受和抗性发展中的作用及其机理进行了系统研究。主要结果如下：（1）不同剂量的溴氰菊酯处理以及同一剂量处理不同时间的Kc细胞中，UB和L40的表达量均有不同程度的升高；（2）干扰UB或L40均能显著降低Kc细胞对溴氰菊酯的耐受能力，而过表达则显著提高细胞的耐受能力；（3）在溴氰菊酯抗性品系小菜蛾细胞中UB或L40均呈组成型高水平表达，Ub或L40基因RNAi则提高抗性品系对溴氰菊酯的敏感性；（4）蛋白酶体抑制剂MG-132，能提高Kc细胞对溴氰菊酯的敏感性，并使小菜蛾抗性品系对溴氰菊酯的LC50的值显著下调；（5）Ras相关核蛋白（Ran）在溴氰菊酯耐受和抗性发展中发挥重要作用， Ran是调节核质运输的分子开关。这些结果表明：（1）Ub和L40在溴氰菊酯耐受和抗性发展中发挥重要作用；（2）泛素- 蛋白酶体通路与溴氰菊酯抗性相关；（3）通过Ran调控核质运输可能是溴氰菊酯抗性的一种新机制，有待进一步研究。