西方蜜蜂芳烃受体基因AmAHR和芳烃受体核转运因子基因AmARNT的生物信息学分析、表达模式及功能验证OA

【目的】本研究旨在探究西方蜜蜂Apis mellifera芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)基因AmAHR和芳烃受体核转运因子(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator,ARNT)基因AmARNT在工蜂生长发育过程和杀虫剂胁迫下的表达模式,为这两个基因的功能研究提供理论参考。【方法】通过基因克隆获得西方蜜蜂AmAHR和AmARNT的编码序列(coding sequence,CDS)全长并进行多物种间的同源序列比对和系统进化树构建。利用qRT-PCR检测AmAHR和AmARNT在西方蜜蜂工蜂不同发育阶段(卵、幼虫、蛹和成蜂)、8日龄成年工蜂组织(触角、咽下腺、前足、中足、后足、翅、中肠、后肠和蛰针,及剔除了上述组织的头、胸和腹)和8日龄工蜂成蜂分别口服杀虫剂高效氯氟氰菊酯(1.25,2.5,5和10 mg/L)、氟胺氰菊酯(30,60,120和240 mg/L)和甲酸(1.25,2.5,5和10 mg/L)后的头中的表达量。【结果】克隆获得的西方蜜蜂AmAHR和AmARNT CDS分别编码885和686个氨基酸,编码蛋白均含有1个螺旋-环-螺旋、2个PAS结构域和1个PAC结构域,属于亲水性胞内蛋白。与西方蜜蜂的AmAHR和AmARNT氨基酸序列高度一致的同源蛋白前23个来源物种均属膜翅目(Hymenoptera),AmAHR和AmARNT分别与蜜蜂属Apis的昆虫相应的AHR和ARNT聚为一支。从卵至成蜂的发育过程中,AmAHR的表达量呈单峰型,以白眼白蛹期的表达量最高,显著高于其他发育阶段的,是卵期表达量的37.86倍;AmARNT的表达量呈双峰型,在卵和3日龄预蛹中表达量最高。AmAHR和AmARNT在蛹期的表达量峰期紧邻,且AmARNT先于AmAHR到达表达量峰值。AmAHR的表达量在8日龄工蜂成蜂触角中最高,是头中表达量的34.08倍,且显著高于其他组织中的表达量。AmANRT在8日龄工蜂成蜂胸中的表达量显著高于其他组织中的表达量,是头中表达量的1.75倍。与对照组相比,8日龄工蜂成蜂饲喂15μL 5 mg/L高效氯氟氰菊酯后,头中AmAHR的表达量显著上调至1.83倍,饲喂30和60 mg/L氟胺氰菊酯后,头中AmAHR的表达量则分别上调至1.63和1.74倍,而饲喂120 mg/L氟胺氰菊酯后,头中AmAHR的表达量仅为对照的0.36倍,表达被抑制;饲喂1.25,2.5和5 mg/L的甲酸后,8日龄工蜂成蜂头中AmAHR的表达量分别上调至4.13,3.61和2.56倍。8日龄工蜂成蜂饲喂2.5,10 mg/L高效氯氟氰菊酯和30,120 mg/L氟胺氰菊酯使AmARNT的表达量显著下降,仅分别为对照的0.69,0.68,0.60和0.34倍,但饲喂2.5 mg/L甲酸使AmARNT的表达量上调至对照组的1.68倍。【结论】西方蜜蜂AmAHR和AmARNT分别与其他昆虫的进化关系较为保守;AmAHR和AmARNT在初化蛹期的表达峰同步,暗示两基因的表达有密切关联,且可能与工蜂预蛹的发育有关。AmAHR和AmARNT在两种菊酯类杀虫剂胁迫下表达趋势相同,而与其对甲酸的响应不同,推测与两类杀虫剂的解毒代谢差异机制相关,本研究为进一步挖掘昆虫AHR和ARNT的功能提供新的理论依据。