中华紫胶虫泌胶规律与紫胶形成的分子机制

The lac, secreted by lac insects, has been known as a natural resin.It is the crucial material and renewable resource widely used in national defense, chemical, pharmaceutical and other industries. The lac is mainly composed of hydroxy fatty acids and sesquiterpene ester with high quility in insulation, moisture-proof and adhesion. At present, the rule of lac secretion and the molecular mechanism of lac synthesis are still unclear. And the effective ways how to stimulate the lac insects to secrete more lac and increase the lac quality have not been found yet. It has become the long-standing problem and bottleneck in lac industry development around the world. According to the characteristics of gender differnce on lac secretion, both female and male lac insect have been performed RNA sequencing and transcriptome analysis by using high-throughput sequencing platform in this project.The key genes involved in synthetic pathway of the lac are screened through the transcriptome analysis on gene expression differences in female, male with different developmental stages of Kerria chinensis. The key genes of lac biosynthesis are verified in functions by gene knockout technology (RNAi/CRISPR). The expression rules of these key genes in different tissues, organs and different developmental stages of lac insects are analyzed. The molecular mechanism of lac synthesis will be revealed in vivo. This project will contribute to provide real and detail gene information and molecular evidence for cultivating high-quality varieties of lac insects.Furtherly it will accumulate scientific basis for achieving the high value and efficiency of lac industry.

紫胶是由紫胶虫分泌的一种天然树脂类化合物，是重要的工业原料和可再生资源。紫胶主要由羟基脂肪酸和倍半萜烯酸酯组成，具有绝缘、防潮、粘合力强等特性，被广泛应用在国防、化工、医药等行业。目前，由于紫胶虫泌胶规律与体内形成紫胶的分子机制尚不清楚，提高紫胶虫泌胶产量和质量的有效方法仍未找到，已成为国内外紫胶产业发展的瓶颈和难题。本研究针对本国紫胶虫泌胶少、质量差等问题，使用高通量测序平台对中华紫胶虫进行测序与转录组分析，对紫胶虫雌、雄虫及不同发育阶段差异表达基因进行解析，筛选出参与紫胶合成通路的关键基因，使用基因敲除与编辑技术对参与调控紫胶形成的关键基因进行验证，分析关键基因在紫胶虫不同组织、器官和不同发育期的时空表达规律，进一步揭示紫胶虫体内形成紫胶的分子机制，为培育优质高产紫胶虫新品种提供详实的基因信息与分子证据，为实现紫胶产业的增值增效提供科学依据。

紫胶是由紫胶虫分泌的一种天然树脂类化合物，是重要的工业原料和可再生资源。紫胶被广泛应用在国防、化工、医药等行业，具有重大经济价值。本研究通过紫胶虫泌胶量变化测定、紫胶合成基因筛选和表达、RNAi验证及全基因组分析等方法，取得以下新发现和突破：.（1）根据结构和功能分析，提出紫胶虫泌胶计算公式,完成了紫胶虫雌虫不同发育期泌胶量和泌胶速率测定，阐明了紫胶虫个体泌胶速率在幼虫期较慢，成虫期逐渐上升至中后期达到最高值后逐渐降低的变化规律，为后续紫胶合成关键基因筛选和表达规律研究提供了生物学证据。.（2）通过紫胶虫雌雄虫不同发育期RNA测序，对转录组基因进行功能注释和比对。通过基因表达差异分析、基因表达水平与泌胶速率相关性分析，初步筛选了参与紫胶合成的28个候选基因，包括参与脂肪酸合成的19个基因、参与萜类化合物生物合成的4个基因和参与UDP驱动糖基化的5个基因。从筛选出的28个候选基因中随机选择14个与萜类化合物和脂肪酸合成代谢相关的基因进行荧光定量PCR检测，结果显示候选基因的表达规律与泌胶规律相吻合，进一步印证了紫胶合成基因筛选的准确性。.（3）比对介导双链RNA进入紫胶虫体内的不同方法，在紫胶虫中成功建立起RNA干扰体系。通过干扰FAD基因表达量引起紫胶虫个体泌胶量显著下降，对紫胶合成相关基因功能进行了验证。在紫胶虫FAD基因功能验证中引入了细菌表达dsRNA的RNAi系统，使用虫体涂抹法将其成功导入虫体内引起FAD基因表达量和紫胶虫个体泌胶量同步显著下降，为解析紫胶合成分子机理提供了有力的科学依据。.（4）基于紫胶虫新种发现和多样性分析，对中国境内12种紫胶虫进行了形态学特征和电镜扫描结构对比分析，制定了紫胶虫中国分布种的分类检索表，为研究紫胶虫的形态演变及系统进化提供了科学基础。通过紫胶虫全基因组测序和Hi-C分析，为进一步研究内源激素对紫胶虫泌蜡量及雌雄虫发育分化的影响提供了新的视角。