本发明属于基因工程及害虫防治领域,具体涉及hippo和20e信号通路中野桑蚕飞行能力调控基因及其在鳞翅目害虫生物防治中的应用方法,其具体为一类能够影响鳞翅目昆虫飞行的hippo和20e信号通路相关基因及其在鳞翅目害虫生物防治中的应用方法。
背景技术:
1、昆虫飞行能力的获得是昆虫进化史中最重要的事件,可以帮助其寻找栖息地、交配传代、躲避敌害以及作为传播媒介等,同时也被认为是发生广泛性危害的重要原因之一。包括昆虫在内的害虫破坏了世界上大约40%的粮食作物;蚊虫类昆虫正在传播着严重的人类疾病。昆虫飞行是经由飞行肌提供不同阶段的收缩舒张进而影响翅膀振动引起飞行,昆虫翅膀是背板两侧向外扩成侧背叶而逐渐形成的由管状翅脉和薄翼膜组成的生命结构。飞行肌位于昆虫胸部的背板下方,包括间接飞行肌和直接飞行肌,是昆虫振翅的动力系统。昆虫振翅需要相当大的能量,这是由飞行肌中线粒体所提供的,飞行肌功能障碍会导致飞行能力减弱甚至丧失。研究发现飞行肌退化和翅膀机械性能的降低与家蚕的丧失飞行能力有关。翅发育相关基因在调节昆虫翅膀生长中起着关键作用。
2、目前已知的农林害虫约80%是鳞翅目昆虫,国际鳞翅目基因组委员会已确认家蚕作为鳞翅目模式昆虫。家蚕是由其祖先野桑蚕驯化而来,距今已有5000年历史,其在驯化过程中丧失飞行能力,因此是研究昆虫飞行能力退化和鳞翅目害虫防治的良好材料。
3、翅原基是有翅昆虫未完全分化的组织,最终会发育成飞行肌、翅等器官,常被作为研究昆虫翅或飞行肌的发育模型。在果蝇中的研究报道较为深入,据报道,果蝇中至少存在五种不同的信号通路维持翅膀的静脉和静脉间区域:hh信号、骨形态发生蛋白(bmp)信号、果蝇表皮生长因子受体(egfr)信号、wnt信号通路,以及配体delta和serrate介导的notch信号通路,调节翅生长发育的信号通路在不同昆虫中一般都具有保守性。另外,有研究发现hippo信号通路参与了果蝇飞行肌的发育分化。相关研究证明了昆虫飞行系统发育和分化调控网络的高度复杂性,因此,相关研究方法已从传统形态学和遗传学转变为更加高通量和高分辨率的组学手段。
4、单细胞和空间转录组测序技术能够在高分辨率下探究器官和组织的细胞构成以及单细胞维度的关键靶基因,已在果蝇翅相关研究中有相当的报道。但目前鳞翅目昆虫相关研究并不丰富,限制了对鳞翅目这一重大害虫类群的防治策略探索和应用。因此,基于新兴组学手段,结合rnai、转基因等技术进行个体验证,将为鳞翅目害虫防治提供关键的靶标基因参考,丰富相关理论基础和防治策略。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的问题,本发明提出hippo和20e信号通路中野桑蚕飞行能力调控基因及其在鳞翅目害虫生物防治中的应用方法。
2、依据本发明技术方案的第一方面,本发明提供了一种hippo和20e信号通路中野桑蚕飞行能力的调控基因,所述基因为wts(loc101742244)、yki(loc100144579)、sd(loc101741252)、ecra、usp、e74b和hr39(loc692364)中的一种或多种。
3、优选的,所述调控基因为wts(loc101742244)、yki(loc100144579)、sd(loc101741252)、ecra、usp、e74b和hr39(loc692364)。
4、依据本发明技术方案的第二方面,本发明还提供一种上述的基因的应用,所述应用为下述a1)至a5)中的任一种或多种,
5、a1)作为害虫生物防治的候选靶基因;
6、a2)用于筛选害虫生物防治的候选药剂;
7、a3)用于制备害虫生物防治的产品;
8、任选地,所述产品为试剂盒或芯片;
9、a4)用于构建筛选害虫生物防治的候选药剂的动物模型。
10、a5)调控野桑蚕飞行能力的关键信号通路。
11、依据本发明技术方案的第三方面,本发明还提供一种利用上述的基因进行鳞翅目害虫生物防治的方法,所述方法包含过表达或抑制上述基因的步骤。
12、优选的,所述过表达为过表达yki、sd、ecra和usp中一个或多个基因。
13、优选的,所述过表达利用转基因技术实施。
14、优选的,所述抑制为抑制yki基因表达。
15、优选的,所述抑制为通过合成yki基因的干涉引物序列,采用微量注射等方式进行rnai,抑制yki基因表达。
16、优选的,所述生物为野桑蚕或棉铃虫。
17、本发明与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果:
18、1)本发明首次证实了hippo和20e信号通路是家蚕和野桑蚕c9细胞中的重要信号通路。
19、2)本发明首次在单细胞层面证实了hippo信号核心基因wts(loc101742244)、yki(loc100144579)、sd(loc101741252)和20e信号核心基因ecra、usp、e74b、hr39(loc692364)在野桑蚕翅原基细胞中高量表达。
20、3)本发明首次证实了hippo信号的代表基因yki是野桑蚕飞行的关键靶标基因,在野桑蚕中干涉yki,会影响成虫翅和飞行肌的正常发育及atp含量,最终导致成虫无法飞行。
21、4)本发明首次证实了在家蚕中hippo和20e信号通路核心基因失调会显著影响翅和飞行肌的正常发育及飞行肌中atp含量,最终导致成虫翅的发育异常。
22、5)本发明首次证实了hippo信号通路核心基因的表达失调会导致鳞翅目害虫棉铃虫丧失飞行能力。
23、6)本发明首次证明hippo和20e信号通路核心基因是鳞翅目害虫防治的重要潜在靶标。可通过rnai技术在害虫翅原基中抑制hippo和20e信号通路核心基因的表达,实现在鳞翅目害虫防治中的应用。
1.一种hippo和20e信号通路中野桑蚕飞行能力的调控基因,其特征在于,所述基因为wts(loc101742244)、yki(loc100144579)、sd(loc101741252)、ecra、usp、e74b和hr39(loc692364)中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的调控基因,其特征在于,所述调控基因为wts(loc101742244)、yki(loc100144579)、sd(loc101741252)、ecra、usp、e74b和hr39(loc692364)。
3.一种权利要求1或2所述的基因的应用,其特征在于,所述应用为下述a1)至a5)中的任一种或多种,
4.一种利用权利要求1或2所述的基因进行鳞翅目害虫生物防治的方法,其特征在于,所述方法包含过表达或抑制权利要求1或2所述基因的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述过表达为过表达yki、sd、ecra和usp中一个或多个基因。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述过表达利用转基因技术实施。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述抑制为抑制yki基因表达。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述抑制为通过合成yki基因的干涉引物序列,采用微量注射等方式进行rnai,抑制yki基因表达。
9.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述生物为野桑蚕或棉铃虫。