BtTRP和Hsps在烟粉虱Q隐种耐温性差异中的参与机制

Bemisia tabaci (Gennadius) Q cryptic species is an invasive pest which has a worldwide distribution. The previous studies indicated that the whitefly has high levels of genomic variation, and there are differences in the temperature tolerance among different geographical populations. In this project, we selected transient receptor potential channels (TRP) and heat shock proteins (Hsps) genes as candidate genes, and adopted CRISPR/Cas9 technology and investigated the mechanisms underlying the regulation of these genes on the difference of temperature tolerance through genetic modification and population hybridization. The main contents include: 1) Firstly, genetic modified strains of BtTRP and Hsps from the different geographical populations were constructed; 2) Clarifying the functions of BtTRP and Hsps on the difference of temperature tolerance by investigating these genes modified strains; 3) Revealing the role of BtTRP and Hsps on the difference of temperature tolerance by hybridization between gene modified strains. These results would provide support to understand the mechanisms of temperature adaptation and expansion of widely distributed insects in the context of global change.

烟粉虱Q隐种是一种广布性的入侵害虫，前期研究表明，该物种具有较高的基因组变异水平，不同地理种群在耐温性上存在差异。本项目以参与温度调控的关键靶基因TRP和Hsps基因为切入点，采用CRISPR/Cas9技术，通过遗传修饰和种群杂交来探讨烟粉虱不同地理种群耐温性差异的调控机制，即：1）首先构建不同地理种群的BtTRP和Hsps的基因修饰品系；2）通过对基因修饰品系的研究，明确BtTRP和Hsps在Q隐种耐温性地理差异中的功能；3）进一步通过种群间的基因修饰品系杂交实验，从遗传层面阐述BtTRP和Hsps在Q隐种耐温性地理差异中的参与机制。研究结果将为全球气候变化下广布性昆虫的温度适应和扩张机制提供理论依据。

入侵害虫烟粉虱Q隐种能广泛分布于世界各地，适应不同的气候条件，其中原因之一是其具有极高的温度耐受性，因此探讨其温度适应的分子机制具有重要的研究意义。本项目以不同地理种群烟粉虱为研究对象，采用CRISPR/Cas9技术、高通量测序和和分子生物学手段，从mRNA和miRNA，以及靶基因功能角度阐述烟粉虱Q隐种温度耐受性的分子调控机制。主要取得以下研究结果：（1）建立了烟粉虱CRISPR/Cas9系统，并成功应用于验证瞬时感受离子通道BtTRP基因在烟粉虱Q隐种温度耐受性中的作用，结果表明注射型烟粉虱和野生型的耐热/寒表型值之间存在显著差异，野生型烟粉虱对高低温胁迫的耐受性明显高于注射型，说明BtTRP基因在烟粉虱感知外界温度方面有重要作用。通过注射烟粉虱和未注射烟粉虱进行杂交，得到F1代；同时将F1自交，得到后代F2。对亲本F0、F1、F2代样本进行检测，分别在同一世代的不同杂交组合之间进行比较，在同一杂交组合的不同世代之间进行比较，得出杂交组合的后代种群的温度适应性均显著低于野生型对照组，说明CRISPR/Cas9系统所诱导的基因突变可通过种系间遗传给后代，形成稳定的突变品系。（2）通过对不同地理种群烟粉虱Q隐种进行高通量测序，获得调控不同地理种群烟粉虱耐热性差异表达表达的小分子RNA和miRNA，揭示非编码RNA对调控不同地理种群烟粉虱Q隐种的温度耐受性起重要作用。（3）饲喂小RNA类似物以及抑制物后，通过观测烟粉虱温度耐受表型，检测非编码RNA mir-998和novel-129对烟粉虱温度耐受性的影响。结果发现烟粉虱耐热与耐寒能力均下降，表明mir-998和 novel-129 参与了烟粉虱适应温度胁迫过程。进一步明确novel-129调控的两个靶基因BtMGAT3和BtRGS7与烟粉虱温度耐受性有关。（4）此外，研究了甲基化转移酶基因Dnmts、耐寒基因Trehalase和Dopa decarboxylase在烟粉虱Q隐种的表达谱分析，并通过RNAi研究表明其在烟粉虱温度耐受性中起关键作用。研究结果期望为害虫控制提供新的潜在靶标，为进一步研究烟粉虱的温度适应机制和制定可持续控制烟粉虱危害的方法提供理论依据。同时为全球气候变化下广布性昆虫的温度适应和扩张机制提供理论依据。

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