稻纵卷叶螟中肠蛋白酶的分子特征及其对Bt蛋白的降解功能研究

Midgut proteinases are crucial enzymes in insect to digest and utilize the protein foods. They are also important to detoxify the protein toxins. Cnaphalocrocis medinalis is one of main migratory insect pests in paddy fields. Bt protein as widely-used bio-insecticide harbored high insecticidal activity against C. medinalis. Further studies on the molecular characters of midgut proteinases play a significant role on understanding of the digestive physiology and their function on degradation of Bt protein and delaying the resistance. Based on previous studies on biochemical properties of the midgut proteinase in C. medinalis, in this project we will dig the midgut proteinase genes through midgut transcriptome sequencing, validate full-length of proteinase genes, analyze the genes’ structures and their expression profiles, and valuate the degradation function of proteinase against Bt protein by RNAi. The results of this project will promote the development and utilization of new control technology based the midgut proteinase, and facilitate the workout of resistant management tactic of C. medinalis against Bt protein, and enhance the efficacy of the integrated management of C. medinalis in paddy field.

昆虫中肠蛋白酶是蛋白质类食物消化与利用的重要酶系，同时对蛋白质类毒物具有解毒作用。稻纵卷叶螟是水稻上重要的两迁害虫之一，Bt蛋白对其有较好的杀虫活性，是常用的生物杀虫剂。深入研究该虫中肠蛋白酶分子特性对于明确稻纵卷叶螟的消化生理具有重要作用，有助于揭示其对Bt蛋白的降解功能，延缓抗性的产生。本项目在前期对稻纵卷叶螟中肠蛋白酶液生化特性研究的基础上，通过稻纵卷叶螟中肠转录组测序的方法全面挖掘其中肠蛋白酶基因，克隆中肠蛋白酶基因全长、分析蛋白酶基因结构及其相对表达谱，利用RNAi技术研究分析中肠蛋白酶对Bt蛋白的降解功能。研究结果将有利于基于中肠蛋白酶的新型防控技术的开发与利用，有利于害虫对Bt蛋白抗性治理策略的制定，提高稻纵卷叶螟的综合治理效果。

稻纵卷叶螟是我国水稻上重要的两迁害虫之一，其大发生给我国水稻生产带来严重的经济损失。目前，稻纵卷叶螟的防治还主要依靠药剂进行。近年来，随着人们对稻米生产安全性的提高，Bt制剂作为一种安全性较高的生物农药应用于稻纵卷叶螟的防治。Bt水稻也作为储备技术以便用于水稻鳞翅目害虫的防治。然而，Bt制剂或Bt水稻与其他化学杀虫剂一样，害虫同样会对其产生抗性。田间已有多种害虫已经对Bt作物产生了抗性。中肠蛋白酶是对蛋白质进行消化和利用的一类消化酶。昆虫通过中肠蛋白酶将摄取的蛋白质类食物消化吸收与利用，也可以利用中肠蛋白酶液将外界摄入的有毒蛋白质分解成无毒的多肽或氨基酸。不同种类昆虫中肠蛋白酶种类与活性有所差异。害虫对Bt蛋白消化能力的不同会导致Bt蛋白毒力的差异，有时也是害虫形成耐性或者抗性的重要原因。为了更安全有效地防治稻纵卷叶螟，本项目对稻纵卷叶螟中肠蛋白酶的分子特性及其对Bt蛋白的降解功能进行了研究。本项目利用转录组测序技术测定了稻纵卷叶螟中肠转录组，获取大量中肠基因信息；通过分析注释，明确了稻纵卷叶螟中肠蛋白酶基因组成；稻纵卷叶螟中肠蛋白酶主要有胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶、羧酸肽酶、金属蛋白酶、胰弹性蛋白酶、组织蛋白酶、氨肽酶及其他蛋白酶。克隆鉴定了胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等蛋白酶基因，并分析了稻纵卷叶螟中肠蛋白酶的相关分子特征，比较了其组织表达差异；研究了稻纵卷叶螟中肠蛋白酶对不同Bt蛋白的降解作用。通过本项目的研究将有助于今后根据蛋白酶特性寻找药剂新靶标，有助于全面深入探讨稻纵卷叶螟对Bt蛋白的适应性过程、明确中肠蛋白酶在稻纵卷叶螟早期抗性演变中的作用机制，明确Bt蛋白的毒力形成机制对增加Bt生物农药和Bt水稻的使用效率、延长它们的使用寿命以及制定稻纵卷叶螟抗性治理策略提供理论依据。