高温下抗性和敏感小菜蛾细胞凋亡中caspase家族基因表达与级联反应机制

全球气侯变暖将深刻影响昆虫抗药性进化，本人前期工作已证实高温对抗药性及敏感昆虫细胞凋亡及抗性进化的影响作用差异显著，但国内外相关的生化及分子机制研究尚很薄弱。本课题拟研究高温对caspase介导的对杀虫剂抗、感小菜蛾细胞凋亡相关基因表达与级联反应的影响机制：（1）克隆抗、感小菜蛾caspase家族5种关键基因（caspae-1、-3、-6、-8、-9）；（2）研究高温对抗、感小菜蛾上述5种caspase基因表达及caspase酶活性的影响，明确5种 caspase基因及酶活性表达在细胞凋亡中的作用；（3）明确高温导致小菜蛾细胞凋亡的上下游caspase的信号传导关系，构建检测热胁迫下小菜蛾caspase信号表达与传导的技术体系；（4）阐明高温导致抗、感小菜蛾细胞凋亡的差异机制。该项目对揭示夏季高温导致昆虫抗性水平急剧下降的分子机制、提出害虫抗性治理新理论和新方法有重要的理论与实践意义。

全球气侯变暖将深刻影响田间昆虫抗药性进化，本人前期工作已证实高温对抗药性及敏感昆虫抗性进化的影响作用差异显著，但国内外相关的生化及分子机制研究尚很薄弱。本课题组经本项目资助，先后克隆了caspase介导的细胞凋亡基因家族上下游基因，包括caspase－3、－7、－9，Apaf-I、Cytc，其中4个基因已在GenBank登录。在此基础上，研究了高温对抗性和敏感小菜蛾caspase和Cytc基因mRNA表达、对caspase－3、－6、－8、－9酶活性的影响，研究了抗性和敏感小菜蛾耐热性差异，探讨了高温导致小菜蛾细胞凋亡的上下游caspase的信号传导关系。由于热休克蛋白基因（hsp）参与了热胁迫条件下对细胞的保护作用，并与caspase基因表达形成拮抗机制，因此我们还先后克隆了小菜蛾hsp70基因家族（hsp70s）的5个hsp69、4个hsp72基因，并研究了高温对抗性和敏感小菜蛾hsp基因家族（含hsp70s、hsp90、hsp20）（hsps）表达的影响。结果表明，高温下敏感小菜蛾耐热性和生殖力显著高于抗性小菜蛾，高温可显著诱导抗性和敏感小菜蛾hsps上调表达，但敏感小菜蛾耐上调表达幅度显著高于抗性小菜蛾，常温下，随小菜蛾成虫年龄和饲养时间增长，caspase表达逐渐增高，但高温可加速这一进程。通过检测基因组、精子和卵子细胞DNA损伤，证实caspase表达上调与细胞凋亡程度相关, 高温可显著诱导抗性和敏感小菜蛾caspase基因上调表达，但敏感小菜蛾耐上调表达幅度显著低于抗性小菜蛾。在caspasecaspase－3、－6、－8、－9表达的级联反应过程中，处于上游的起始caspase－9在凋亡发生初期时表达量显著高于处于下游的效应caspase－3、－7、－6。上述研究成果从生化和分子水平初步阐明了高温导致抗、感小菜蛾耐热性及细胞凋亡的差异机制。研究成果对揭示夏季高温导致昆虫抗性水平急剧下降的分子机制、提出害虫抗性治理新理论和新方法有重要的理论与实践意义。通过本项目研究，发表SCI论文3篇、国家一级学报1篇、其它学报级刊物2篇、国际会议全文1篇、出国参加2次国际会议，培养2名博士生2人（已毕业1人），培养硕士生12人（已毕业7人），获国家发明专利一项、“小菜蛾抗药性季节性变化机理及抗性治理对策研究”获2010福建省科技进步3等奖、受特邀在名古屋大学举行的国际