基于transformer-doublesex分子互作的烟粉虱性别决定机制研究

Insect sex determination mechanism lays a strong theoretical basis for sex-ratio manipulation, further opening up a new dirrectoin in relation to pest management. Whitefly is an important worldwide agricultural pest, employing haploid-diploid life cycle, but its sex determination mechanism is not clear until now. This foundation aim to clone two important sex regulative genes transformer (tra) and doublesex (dsx) aid of whitefly genome and transcriptome information, find their all alternative splicing forms in female and male, clarify the influence of silencing dsx to female reproductive capacity and transformer-doublesex cascade molecular interactions. This project from two aspects biology influence after dsx gene silencing and transformer-doublesex cascade molecular interactions, elaborates two sex function genes molecular relationship in whitefly and discusses whitefly sex determination mechanism, ultimately provide new ideas for controlling this pest.

昆虫性别决定机制的阐述是进行昆虫性别控制的理论基础，也为有效治理害虫开辟了新方向。烟粉虱是世界性的重要农业害虫，还是一种单双倍体昆虫，但其性别决定机制尚不明确。本项目利用烟粉虱基因组和转录组注释信息克隆烟粉虱性别决定通路重要调控基因transformer和末端开关基因doublesex，阐明两个基因的性别特异性剪切体结构，明确doublesex沉默对烟粉虱繁殖能力影响，明确两个基因的分子互作关系即transformer基因沉默对doublesex剪切形式影响，从性别级联反应末端基因doublesex沉默的功能响应及transformer和doublesex的分子互作关系两个方面，阐明烟粉虱性别决定机制及重要功能基因级联关系与烟粉虱性别决定机制之间的关系，最终为有效控制烟粉虱提供新思路。

烟粉虱是一种世界性农业害虫，难以治理。烟粉虱也是一种单双倍体模式昆虫，雄虫为未受精卵发育而来的单倍体，雌虫为受精卵发育而来的双倍体。目前昆虫性别决定机制主要集中在双翅目和膜翅目，少量涉及鞘翅目和鳞翅目，而对半翅目昆虫如烟粉虱等知之甚少。本项目发现，①Btdsx全长1961bp，编码245个氨基酸，包含6个外显子；Btdsx有28种剪切形式，没有发现性特异性的外显子和稳定存在的性特异性可变剪切体。在雄虫中，干扰Btdsx-DM (71.1%)会引起Btdsx-dimer丰度显著下调；干扰Btdsx-dimer(75.4 %)会引起Btdsx-DM和Btvg丰度显著下调。在雌虫中，干扰Btdsx-DM (32.0%)会引起Btdsx-dimer (73.0%)和Btvg (78. 7%)丰度显著下调，干扰Btdsx-dimer会引起Btvg (76. 7%)丰度显著下调，而不影响Btdsx-DM的丰度；干扰雄虫Btdsx-dimer 96h时大约有1%雄虫的尾针出现畸形，尾针逐渐消失。干扰雄虫Btdsx-DM和雌虫Btdsx-dimer，Btdsx-DM时均未观察到任何显著的表型变化。②烟粉虱Bttra2基因有10个外显子和9个内含子。烟粉虱有四种Bttra2剪切体；各龄期的丰度结果表明雄虫最高，其次是雌虫>一龄=四龄=三龄>二龄>卵。干扰雄虫Bttra2基因，Btvg表达上调，且约有1%雄虫尾部膨大且尾针消失；当干扰雌虫Bttra2, Btvg表达下调，雌虫没显著表型变化。③干扰雌虫或雄虫Btdsx（dsBtdsx-DM 或dsBtdsx-dimer）时，Bttra2丰度均显著下调，且饲喂dsBtdsx-DM下调倍数更多；当干扰雄虫tra2(57.0%)，Btdsx-DM表达显著下调，Btdsx-dimer无显著差异；当干扰雌虫Bttra2,Btdsx-DM表达显著上调，Btdsx-dimer表达下调。研究结果从性别级联反应末端基因doublesex沉默的功能响应及transformer和doublesex的分子互作关系两个方面，阐明烟粉虱性别决定机制及重要功能基因tra2和dsx的级联互作关系与烟粉虱性别决定机制之间的关系，为控制烟粉虱提供了新思路。