抗氟苯虫酰胺小菜蛾差异表达基因及其通路

【目的】随着氟苯虫酰胺等双酰胺类杀虫剂的广泛应用,小菜蛾(Plutella xylostella)对该类药剂的抗性愈发突出。研究旨在从转录组水平研究小菜蛾对氟苯虫酰胺的抗性机制,明确小菜蛾对氟苯虫酰胺产生抗性的关键基因及通路,为揭示小菜蛾对氟苯虫酰胺的抗性机制打下基础。【方法】以室内筛选的小菜蛾抗氟苯虫酰胺品系(Rh28)、田间抗性种群(Rz36)和敏感品系(S)为材料,通过转录组测序技术(RNA-Seq),获得抗性小菜蛾品系/种群在转录水平上的差异表达基因及抗性显著上调表达基因,采用基因本体(GO)显著性富集分析及京都基因与基因组百科全书数据库(KEGG)富集分析,确定差异表达基因具有的主要生物学功能及其参与的主要生化代谢和信号转导途径。【结果】通过将不同抗性品系/种群与敏感品系的RNA-Seq数据对比,获得数量不等的差异表达基因。将差异基因富集的生物学过程(biological process)和信号通路(pathway)进行GO分析,发现其主要集中于对刺激物的反应(response to stimulus)、催化活性(catalytic activity)和代谢过程(metabolic process)等条目中;而KEGG分析发现,差异基因主要集中于代谢通路(metabolic pathway)中,基因数量占比最高,为17.84%。通过统计分析进一步获得了抗性显著上调表达基因,并对其中218个基因开展了GO分析,其仍然主要集中在代谢过程、对刺激物的反应和生物调节(biological regulation)等条目中;通过对抗性显著上调基因进行KEGG分析,发现其仍主要集中在代谢通路中,其中谷胱甘肽-S-转移酶、细胞色素P450解毒酶及参与昆虫多种生理反应的热激蛋白(Hsp)超基因家族等基因的表达量均显著上调。通过聚类热图分析发现,显著表达上调的基因较多集中在内质网上蛋白质的加工(protein processing in endoplasmic reticulum)、酪氨酸代谢(tyrosine metabolism)、咖啡因代谢(caffeine metabolism)和Wnt信号通路(Wnt signaling pathway)中。【结论】获得了小菜蛾抗氟苯虫酰胺差异表达基因及抗性显著上调表达基因,其主要富集于代谢过程、应激反应及对刺激物的反应等条目中,这些基因的相互协同调控是小菜蛾对氟苯虫酰胺产生抗性的重要机制。

Differential Expressed Genes and their Pathways of the Resistance to Flubendiamide in Plutella xylostella