胰蛋白酶基因HcTry7介导美国白蛾对多寄主植物的适应性及靶向核酸农药开发

[目的]美国白蛾是一种世界范围内的检疫性有害昆虫,具有寄主植物广、取食量大、为害严重等特征。目前,急需有效的防控措施去延缓美国白蛾的蔓延和扩张。[方法]在本研究中,我们围绕消化生理揭示了美国白蛾多寄主植物适应特性形成的分子机制,并开发了一种扰乱美国白蛾多寄主植物适应特性的靶向核酸农药。[结果]基于幼虫体重、取食量、食物利用效率参数,桑、家榆和水曲柳被明确是美国白蛾幼虫的高喜食性寄主植物、白桦和胡桃楸被明确是美国白蛾幼虫的中喜食性寄主植物、山槐和紫椴被明确是美国白蛾幼虫的低喜食性寄主植物。消化酶活性测定发现,与高喜食性寄主植物组相比,美国白蛾幼虫胰蛋白酶在中、低喜食性(白桦、紫椴和山槐)寄主植物组的活性显著提高。酶活干扰试验发现,与未处理组相比,添加胰蛋白酶抑制剂后,取食各个寄主植物的幼虫体重、取食量、食物利用率和食物转化率均显著降低。RT-PCR 分析发现,在 9 个胰蛋白酶基因,HcTry7 在低喜食性寄主植物中表达量最高。进一步的 RNAi干扰分析发现,在高、中或低喜食性寄主植物组,沉默HcTry7 均造成美国白蛾幼虫体重显著降低,以及死亡率显著增加。以纳米材料壳聚糖(CS)为载体可有效包裹HcTry7 基因的干扰片段。生物测定发现,以 HcTry7 基因的干扰片段为有效成分构建的核酸农药可显著扰乱美国白蛾的多寄主植物适应能力,表现为在高、中或低喜食性寄主植物组,核酸农药处理下美国白蛾幼虫的体重均显著降低。[结论]胰蛋白酶基因HcTry7 为介导美国白蛾多寄主植物适应特性形成的关键消化基因,基于HcTry7 开发的靶向核酸农药可应用于扰乱美国白蛾对多寄主植物的适应能力。这为绿色、安全防控美国白蛾的蔓延致灾提供了一个新的策略。