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Molecular cloning,sequence analysis and expression of ecdysone receptor gene from Bemisia tabaci Mediterranean (Hemiptera: Aleyrodidae)

烟粉虱MED隐种蜕皮激素受体基因cDNA克隆、转录与组织表达



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2016, 43(1): 40 - 47 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2016􀆰 01􀆰 006
基金项目:国家自然科学基金(31101674),山东省“泰山学者”建设工程专项
∗通讯作者(Authors for correspondence), E⁃mail: wanfanghao@ caas. cn, dfcheng@ ippcaas. cn
收稿日期: 2015 - 06 - 08
烟粉虱 MED隐种蜕皮激素受体基因 cDNA克隆、
转录与组织表达
杨春红1   龙楚云1   郭建洋1   程登发1∗  万方浩1,2∗
(1.中国农业科学院植物保护研究所, 植物病虫害生物学国家重点研究室, 北京 100193;
2.青岛农业大学农学与植物保护学院, 青岛 266109)
摘要: 蜕皮激素受体(ecdysone receptor,EcR)是调控昆虫蜕皮、变态和生殖等过程中基因表达的重
要调控因子。 为研究 EcR在烟粉虱 Bemisia tabaci生长发育中的作用,利用 RT⁃PCR和 RACE 等技
术扩增了烟粉虱 MED 隐种 EcR 基因的 cDNA 全长序列,并利用实时荧光定量 PCR 技术检测其在
烟粉虱不同发育时期相对表达量的变化。 BtEcR cDNA 序列全长2 844 bp,含有一个1 518 bp的开
放阅读框,共编码 505 个氨基酸,预测蛋白分子量为 56 kD,等电点为 6􀆰 43,含有特殊结构功能域:
DNA结合域(DBD_EcR)和配体结合域(LBD_EcR),该序列编码的蛋白质序列与其它已报道的昆
虫 EcR蛋白序列具有很高的相似性,命名为 BtEcR(GenBank 登录号: KR534774)。 BtEcR 在 MED
隐种若虫、雌成虫各发育时期均有表达,若虫期在伪蛹前期达到最高值,成虫期呈现先升高后降低
的趋势,且在羽化后第 7 天达到最高值,约为羽化第 1 天的 23 倍。 研究结果为揭示 BtEcR 在烟粉
虱整个生长发育过程中的作用提供了重要依据。
关键词: 烟粉虱; 蜕皮激素受体; 核受体; 表达谱; 荧光定量 PCR
Molecular cloning,sequence analysis and expression of ecdysone receptor gene
from Bemisia tabaci Mediterranean (Hemiptera: Aleyrodidae)
Yang Chunhong1   Long Chuyun1   Guo Jianyang1   Cheng Dengfa1∗   Wan Fanghao1,2∗
(1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Institute of Plant Protection,
Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 2. Qingdao Agricultural University,
Qingdao 266109, Shandong Province, China)
Abstract: Ecdysone receptor ( EcR) is a dominant regulator of development, metamorphosis and
reproduction in insects. In order to define the function of EcR gene in Bemisia tabaci Mediterranean
(MED), the full⁃length cDNA sequence of an EcR gene was cloned by both reverse transcription
polymerase chain reaction (RT⁃PCR) and rapid amplification of cDNA ends (RACE) methods, and the
relative expression levels at different developmental stages of MED was analyzed using real⁃time
quantitative PCR (qPCR). The complete cDNA (2 844 bp) of EcR gene in B. tabaci MED species
complex contained an open reading frame ( ORF) of 1 518 bp, encoding 505 amino acids, with a
molecular weight of 56 kD and a theoretical isoelectric point of 6􀆰 43. This gene had two special domains:
the DNA⁃binding domain of ecdysone receptor (DBD_EcR) and the ligand⁃binding domain of ecdysone
receptor (LBD_EcR). Multiple sequence alignment revealed that the deduced amino acid sequence had
high identity with EcR from other insect species. This cDNA was named as BtEcR (GenBank accession
no. KR534774). qPCR results indicated that BtEcR transcripts were detected at all instars of nymph and
developmental stages of female adults. The highest relative expression level of EcR gene was detected at
pseudo⁃pupae stage among different instar nymphs. Peak level was detected at 7 d after eclosion, which
was about 23 times the level at 1 d after eclosion. The present results provided valuable information for
revealing the role of BtEcR underlying the development of whitefly species.
Key words: Bemisia tabaci; ecdysone receptor; nuclear receptor; expression profile; real⁃time
quantitative PCR
    蜕皮激素受体( ecdysone receptor,EcR)是参与
调控蜕皮激素活性的重要蛋白(Tan & Palli,2008),
属于核受体( nuclear receptor,NR)超级家族。 EcR
只存在于无脊椎动物体内,是昆虫发育、变态和生殖
过程中关键基因转录调控的控制因子(Truman &
Riddiford,2002;Marchler⁃Bauer et al. ,2013)。 EcR
类属的核受体基因家族是一类依赖配位体的转录因
子(Escriva et al. ,2004),在昆虫体内,蜕皮激素通
过结合到由 EcR 和超螺旋蛋白 ( ultraspiracle pro⁃
tein,USP)构成的异质二聚体上来发挥调控作用
(Yao et al. ,1993;Beck et al. ,2009)。 EcR 和 USP
形成的二聚体通过核酸结合位点结合调控靶向基因
转录并影响下游基因表达(Yao et al. ,1993)。 EcR
基因主要含有 DNA 结合域(DNA⁃binding domain of
ecdysonereceptor,DBD_EcR)和配体结合域( ligand
binding domain of ecdysone receptor,LBD_EcR)2 个
功能结构域,每个结构域含有核酸、锌、功能肽等结
合位点。 这些蜕皮激素受体基因通常编码不同的同
型异构体,如在黑腹果蝇 Drosophila melanogaster中,
EcR编码 3 个异构体(Bender et al. ,1997),而在西
方蜜蜂 Apis mellifera中则编码 2 个异构体(Mello et
al. ,2014),且都含有 DNA 结合域和配体结合域
(Bender et al. ,1997)。 目前,已克隆获得多种昆虫
的蜕皮激素受体基因并对基因的转录表达动态进行
了分析,如德国小蠊 Blattellager manica(Cruz et al. ,
2006)、赤拟谷盗 Triboliumca staneum( Tan & Palli,
2008)、褐飞虱 Nilaparvata lugens(Wu et al. ,2012)、
黑腹果蝇(Bender et al. ,1997)、太平洋折翅蠊 Dip⁃
loptera punctuata(Hult et al. ,2015),EcR 被证实与
上述昆虫的胚胎发育、幼虫蜕皮、蛹的形成、组织的
分化、翅的形成和生殖等密切相关。 昆虫生长发育
过程中,蜕皮和变态等生理过程都受到蜕皮激素的
严格调控,EcR是蜕皮激素的作用靶标,在调控昆虫
变态、蜕皮以及繁殖等生命过程中处于关键启动位
置,对于完成昆虫生长发育及繁殖过程具有非常重
要的作用。 当昆虫的大脑细胞分泌促前胸腺素后,
促使前胸腺合成分泌蜕皮激素,蜕皮激素被释放到
血淋巴中,之后蜕皮激素受体与之结合,引发蜕皮过
程中转录因子和效应基因一系列级联反应,最终完
成蜕皮过程(Palli & Retnakaran,2001)。 蜕皮激素
受体是昆虫变态发育等生命活动中重要的调控因
子,具有高度的灵敏性和种类特异性,因此被认为是
开发环境友好型杀虫剂的重要靶标 ( Yu et al. ,
2014),深入了解 EcR 的功能及其对上下游分子级
联反应的调控,对于揭示蜕皮激素转录调控机制和
开发新的害虫防控产品具有重要意义。
烟粉虱 Bemisia tabaci (Gennadius)MED 隐种是
入侵我国的重要农业害虫,因其取食的寄主植物范围
广、能传播多种植物病毒病,已经对农业生产造成了
严重威胁(万方浩等,2009;Guo et al. ,2012)。 且其体
型小、主要在植物叶片背部取食植物汁液,物理防控
方法难以达到理想的控制效果,而化学杀虫剂的大量
使用使烟粉虱产生了很强的抗药性,同时,传统的化
学杀虫剂因环境污染和对人类健康的影响也备受争
议,因此挖掘环境友好的新型杀虫剂迫在眉睫。 昆虫
蜕皮激素是一类只作用于昆虫的转录调控因子,为了
揭示烟粉虱蜕皮激素受体的功能,本试验克隆获得了
烟粉虱蜕皮激素受体基因并对其转录表达进行了分
析,以期为明确烟粉虱激素调控机理奠定基础。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试植物:番茄 Ycopersicum esculentum Mill.品种
中杂 9号种子,购自北京中蔬园艺良种研究开发中
心。 于温室用育苗钵育苗,幼苗长到 2 ~ 3 片真叶时
移栽到花盆,长到 5 ~7片真叶时用于饲养烟粉虱。
供试昆虫:试验所用烟粉虱 MED隐种为本实验
室长期饲养种群。 在温度 27 ± 1℃、RH(60 ± 5)% 、
光周期 14 L ∶ 10 D的智能人工气候箱内养虫笼(40
cm ×60 cm × 70 cm)中用番茄苗饲养,分别取不同
龄期的若虫和成虫作为试验材料。
试剂:RNAeasy Mini Kits,德国 Qiangen 公司;
141 期 杨春红等: 烟粉虱 MED 隐种蜕皮激素受体基因 cDNA克隆、转录与组织表达
SMARTTM RACE Amplification Kit,美国 Clontech 公
司;琼脂糖凝胶 DNA 回收试剂盒,天根生化科技
(北京)有限公司;Super Script First⁃Strand Synthesis
System和 PCR相关试剂,北京全式金生物技术有限
公司;Quantity PCR Kit,美国 Bio⁃Rad 公司。 引物由
生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
仪器:VeritiTM96⁃well Thermal Cycle 9902 型 PCR
仪、ABI7500 荧光定量 PCR 仪,美国 Applied Biosys⁃
tems公司;SIGMA1⁃14 型常温离心机,德国 Sigma 公
司;Centrifuge 5424R 高速冷冻离心机,德国 Eppen⁃
dorf公司;Gel DocTMXR Universal Hood II 型凝胶成
像系统,美国 Bio⁃Rad公司。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 烟粉虱 MED隐种 EcR基因的克隆
随机取 200 头同一日龄的烟粉虱 MED 隐种成
虫,在 - 30℃冰箱低温麻醉后放入研磨器中,按照
RNAeasy Mini Kits 说明书进行 RNA 提取,并按照
Super Script First⁃Strand Synthesis System 的说明反转
录获得 cDNA。 利用 GenBank 烟粉虱转录组信息
(登录号 SRX423288)和昆虫 EcR 的保守区域设计
扩增引物 EcR MF 和 EcR MR,引物序列如表 1 所
示, 进行中间片段 PCR 扩增。 PCR 反应条件为:
94℃ 3 min,94℃ 30 s,56℃ 30 s,72℃ 30 s,35 个循
环,72℃ 10 min。 3′端和 5′端的 RACE 反应按照
Clontech的 SMARTTMRACE cDNA Amplification Kit
试剂盒说明书进行。 3′端以 3′⁃RACE CDS Primer A
为反转录引物,5′端以 5′⁃RACE CDS Primer A 和
SMARTIITM A Oligonucleotide为反转录引物,在 SM⁃
ARTScribe Reverse Transcriptase作用下分别合成 3′⁃
RACE和 5′⁃RACE的 cDNA第一链。
表 1 本研究所用基因克隆及 qRT⁃PCR引物
Table 1 Primers used in gene cloning and qRT⁃PCR in this study
基因
Gene
引物用途         
Use of primer       
引物序列
Primer sequence (5′⁃3′)
BtEcR 扩增引物 EcR⁃MF TCCAGTGTGCTGTGAAGCGAA
Amplification primer EcR⁃MR AACAACATCCCAAATCTCCTC
3′RACE EcR⁃3′RACE outer primer AGTGAAGGCTGGAAGGTTGAGAAG
EcR⁃3′RACE inner primer TAGAAAGGTGCCATCCTTCCTCG
5′RACE EcR⁃5′RACE outer primer CTCTTCTTGCTCTGGAGTAATGGG
EcR⁃5′RACE inner primer CCATCTGGAGAACAACTCGTCGT
qRT⁃PCR EcR⁃F CACCTTTCTATTCTTCAGCTTC
EcR⁃R CTCTTCCCCCTGCCATTGTAA
β⁃actin qRT⁃PCR β⁃actin F TCACCACCACAGCTGAGAGA
β⁃actin R CTCGTGGATACCGCAAGATT
    根据已获得的 EcR 中间片段设计 3′GSP 引物
和 5′GSP 引物。 以 UPM 和 3′GSP 为引物扩增基因
的 3′端,3′RACE反应程序如下:95℃ 5 min;94℃ 30
s,65℃ 30 s,72℃ 2 min,35 个循环;72℃ 10 min,
4℃保存。 以 UPM 和 5′GSP 为引物扩增基因的 5′
端,5′RACE反应程序:95℃ 5 min,94℃ 5 s,67℃ 10
s,72℃ 150 s,5 个循环;94℃ 5 s,64℃ 10 s,72℃150
s,5 个循环;94℃ 5 s,62℃ 10 s,72℃ 150 s,30 个循
环;72℃ 10 min,4℃保存。 再将 5′RACE 的 PCR 产
物用 ddH2O稀释 100 倍后,取 1 μL 稀释产物作为
二次 PCR 反应的模板,以 5′GSP 与 NUP 为引物进
行二次 PCR 扩增。 反应程序为:94℃ 5min;94℃ 45
s,62℃ 30 s,72℃ 160 s,30 个循环;72℃ 10 min,4℃
保存。 PCR 扩增产物以 1􀆰 0%琼脂糖凝胶电泳检测
后,将目的条带按照 TIANgel Midi Purification Kit 说
明书进行纯化回收,纯化后的 PCR 产物连接到
pEASY⁃T3 载体中,转化 Trans⁃T1 感受态细胞,蓝白
斑筛选,挑取阳性克隆送北京三博远志生物技术有
限责任公司测序。
1􀆰 2􀆰 2 序列分析与分子进化树构建
采用 ORF Finder ( http: / / www. ncbi. nlm. nih.
gov / gorf / gorf. html)预测开放阅读框;用 NCBI 的
BLASTP进行蛋白同源性比较分析;使用 Compute pI /
MW(http: / / www. expasy. org / tools / pi_tool. html)计算
蛋白质的等电点及分子量;利用 SOSUI(http: / / bp.
nuap. nagoya⁃u. ac. jp / sosui / )进行亲水性和跨膜分
析;利用 TargetP ( http: / / www. cbs. dtu. dk / services /
SignalP / )预测蛋白质信号肽;利用 SMART(http: / /
smart. embl⁃heidelberg. de / )分析蛋白结构域;使用
DNAMAN 6􀆰 0进行多重序列比对;利用 MEGA 6􀆰 0 软
24 植  物  保  护  学  报 43 卷
件以邻接法构建系统进化树(Tamura et al. ,2013)。
1􀆰 2􀆰 3 荧光定量 PCR
图 1 烟粉虱MED 隐种蜕皮激素受体基因(BtEcR)cDNA全长及推导氨基酸序列
Fig. 1 Nucleotide and deduced amino acid sequences of the BtEcR cDNA of Bemisia tabaci MED 
将 4 ~ 8 株清洁后的番茄苗放入干净的养虫笼
内,接入2 000 ~ 3 000头 MED 成虫,产卵 24 h 后移
除成虫,获得带卵株,置于新的养虫笼中,开始准备
收集不同发育时期的样品。 共设置以下几个时间
点:1、2、3 龄若虫,伪蛹前、后期,羽化后 1、3、5、7、9、
11、13 d。 每一时间点分别取 200 ~ 300 头若虫或 50
头雌成虫提取总 RNA,并反转录获得 cDNA,作为荧
光定量 PCR 模板。 不同时期样品均重复 3 次。 以
β⁃actin为内参基因,采用比较 CT 值的相对定量方
法对 EcR 在不同时间不同组织的转录水平表达进
行分析。 EcR和 β⁃actin两个基因检测的引物如表 1
所示。 荧光定量 PCR 反应采用 Quantity PCR Kit
(Bio⁃Rad)试剂盒,反应体系为 20 μL。 PCR 反应用
两步法标准程序:94℃ 3 min;94℃ 30 s,56℃ 30 s,
72℃ 32 s,38 个循环。 每个样品设 3 次重复。 EcR
在各阶段的相对表达量,以 1 龄若虫中的表达量作
为 1,选取 β⁃actin 作为标准化内参基因,用 2 - ΔΔCt法
计算相对表达量。
1􀆰 3 数据分析
采用 SAS 8􀆰 01 软件进行数据的统计分析,
ANOVA方法进行方差分析,最小显著差异(LSD)法
进行显著性检验。 相对表达量的计算采用 2 - ΔΔct方
法,根据所得数据作柱形图。
2 结果与分析
2􀆰 1 烟粉虱MED隐种 EcR基因的克隆
根据 MED转录组数据库中的序列设计引物,采
用反转录 PCR扩增得到目的中间片段,进一步进行
341 期 杨春红等: 烟粉虱 MED 隐种蜕皮激素受体基因 cDNA克隆、转录与组织表达
5′RACE和 3′RACE 扩增,得到两端序列后拼接,再
图 2 烟粉虱MED 隐种 BtEcR基因推导氨基酸序列与其它昆虫 BtEcR比对分析
Fig. 2 Comparison of the deduced amino acid sequences of BtEcR genes from Bemisia tabaci MED and other insects
红色方框表示 DNA结合域,绿色方框表示配体结合域,黑色背景表示序列同源性为 100% ,红色背景表示序列同源性
大于 75% ,蓝色背景表示序列同源性大于 50% 。 EcR 来源及 Gene ID 分别为:大猿叶甲 (572455810)、普通草蛉
(313507483)、太平洋折翅蠊(374711685)、东亚飞蝗(4405799)、松墨天牛(373159261)、稻绿蝽 (312190943)、人体虱
(212515324)、赤拟谷盗(121308146)、黄脸油葫芦(323381054)。 Red frame is the DNA binding domain and the green frame is
the ligand binding domain, identity equaled to 100% are shaded in black, identity greater than 75% are shaded in red, identity
greater than 50% are shaded in blue. Origin of EcRs and their gene ID numbers: Colaphellus bowringi (572455810), Chrysoperla
carnea (313507483), Diploptera punctata (374711685), Locusta migratoria (4405799), Monochamus alternatus (373159261),
Nezara viridula (312190943), Pediculus humanus corporis (212515324), Tribolium castaneum (121308146), Teleogryllus emma
(323381054).  
设计引物,经反转录 PCR 扩增,测序验证后成功克
隆到 MED 隐种蜕皮激素受体 cDNA 序列,大小为
2 844 bp,开放阅读框长1 518 bp,其中 5′端非编码
区长 324 bp,3′端非编码区长 1 002 bp(图 1),共编
码 505 个氨基酸,预测蛋白分子量为 56 kD,等电点
为 6􀆰 43。 利用在线工具 TargetIP 对 MED EcR 蛋白
的信号肽进行分析,发现克隆到的序列没有明显的
信号肽结构(GenBank 登录号 KR534774,GenBank
将于 2019 年 5 月 4 日之后开始释放该序列)。
2􀆰 2 BtEcR cDNA序列分析及系统进化树构建
在 NCBI上进行蛋白质比对后发现,MED 隐种
EcR基因含有特殊结构功能域:DNA 结合域(DBD_
EcR)和配体结合域(LBD_EcR)(图 2)。 将克隆的
EcR基因所推导的氨基酸序列与其它物种的同源序
列进行多重比对,发现 MED 隐种的 EcR 包含的 2
个功能域中囊括许多结合位点,如锌结合位点、多肽
结合位点、DNA 结合位点以及配体结合位点等(图
2),经在线软件分析该类蛋白都不具备跨膜结构。
序列相似性比对发现,EcR 基因推导的氨基酸序列
与其它物种同源基因编码的 EcR 蛋白序列相似性
非常高,与半翅目的稻绿蝽 Nezara viridula,直翅目
的黄脸油葫芦 Teleogryllus emma,鞘翅目的松墨天牛
Monochamus alternatus、赤拟谷盗和大猿叶甲 Colaph⁃
ellus bowringi等昆虫的相似率达到 80%以上。 系统
进化分析结果表明,BtEcR 与稻绿蝽、绿盲蝽 Apoly⁃
44 植  物  保  护  学  报 43 卷
图 3 基于邻接法构建的烟粉虱MED 隐种 BtEcR基因与其相关种的系统发育树
Fig. 3 Phylogenetic tree of BtEcR in Bemisia tabaci MED and other related insects based on amino acid
sequences by using neighbor⁃joining method
 
gus lucorum、灰飞虱 Laodelphax striatellus、白背飞虱
Sogatella furcifera 四种半翅目昆虫的 EcR 聚为一大
支(图 3),说明昆虫 EcR 具有较好的保守性。 表明
此蛋白与其它物种的 EcR 属于同一家族,将其命名
为 BtEcR。
2􀆰 3 BtEcR在MED隐种不同发育阶段的表达特性
EcR基因在 MED隐种若虫、雌成虫各发育时期
均有表达,在若虫各阶段的相对表达量随着龄期的
增长均呈先增高后降低趋势,在烟粉虱伪蛹前期
(未形成红眼)达到最高值,在伪蛹后期(红眼形成
后)基因转录水平降低(图 4)。 在成虫期的相对表
达量随日龄的增长,总体上呈先增高后降低趋势。
EcR基因转录水平在羽化后第 7 天达到成虫期的最
高值,约是第 1 天表达量的 23 倍,随后逐渐降低(图
4);EcR基因在烟粉虱不同发育阶段的总体表达趋
势为若虫期大于成虫初期,成虫中期大于若虫期。
3 讨论
本研究首次克隆得到烟粉虱MED隐种 EcR基因
cDNA全长序列。 通过对烟粉虱 MED隐种 EcR蛋白
进行保守区域分析,发现该蛋白包含 2 个核受体蛋白
家族典型的结构域:DNA 结合域和配体结合域,这 2
个结构域是核受体中 2个最保守的结构域,在研究中
常被作为受体基因鉴定的典型结构序列(Wickert &
Selbig,2002)。 序列相似性比对分析发现,该蛋白序
列与其它昆虫的 EcR 蛋白序列具有很高的相似性,
与同为半翅目的稻绿蝽等昆虫的相似性达 80%以
上,表明所克隆的基因属于 EcR家族。
本试验结果发现,烟粉虱 EcR 蛋白没有信号肽
和跨膜结构,说明该蛋白属于非分泌型蛋白,这一特
殊缺失可能与该类蛋白属于转录调控因子有关。 对
BtEcR进行蛋白功能基序分析,发现其具有多个功
能位点,例如锌结合位点、多肽结合位点等,其结构
特征与其具有特异的识别功能有关,该结果与在其
它昆虫中的研究结果相同(Marek et al. ,2004)。 这
些化学修饰位点均具有重要的生物学意义,将为进
一步研究烟粉虱 MED隐种 BtEcR基因的定位、基因
表达调控以及生理功能研究等多方面的工作提供
541 期 杨春红等: 烟粉虱 MED 隐种蜕皮激素受体基因 cDNA克隆、转录与组织表达
图 4 烟粉虱MED 隐种各发育时期 BtEcR mRNA
转录水平的定量分析
Fig. 4 Quantitative analysis of BtEcR mRNA level
at different developmental stages in Bemisia tabaci MED
1L: 1 龄若虫; 2L: 2 龄若虫; 3L: 3 龄若虫; 4⁃1:
伪蛹前期(未形成红眼); 4⁃2: 伪蛹后期(具红眼)。 1、
3、5、7、9、11、13 分别表示羽化后的天数。 图中数据为平
均数 ±标准误。 柱上不同字母表示基因表达量经 LSD
法检验在不同龄期差异显著(P < 0􀆰 05)。 1L: 1st instar
nymph; 2L: 2nd instar nymph; 3L: 3rd instar nymph; 4⁃1:
4th instar nymph without red eye; 4⁃2: pseudo⁃pupa with
red eye. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13: days after eclosion. Data
in the figure are mean ± SE. Different letters above bars in⁃
dicate significant difference at different developmental stages
at P < 0􀆰 05 level by LSD test.
 
基础。
根据选取的各种昆虫 EcR 氨基酸序列构建的
系统进化树较正确地反映了昆虫中该基因的进化关
系,系统进化分析显示 BtEcR 与其它半翅目昆虫的
EcR聚为一大支,这预示着 EcR 在物种进化过程中
非常保守,尤其是它的 DNA结合域,序列决定结构,
结构决定功能,EcR 蛋白在序列的保守性上说明它
们在结构和功能上可能具有一定的相关性,从而也
进一步说明获得的 EcR 基因属于核受体蛋白家族,
所编码的蛋白是 EcR蛋白。
蜕皮激素受体基因编码多个异构体,如在黑腹
果蝇中编码 3 个异构体(Bender et al. ,1997),而在
西方蜜蜂中编码 2 个异构体(Mello et al. ,2014),不
同异构体功能不同。 Mello et al. (2014)发现异构体
A主要在蜜蜂幼虫和蛹发育过程中高表达,而异构
体 B 主要在胚胎发育过程中高表达,暗示在不同发
育时期可能存在不同的调控作用。 本试验克隆的烟
粉虱 MED 隐种蜕皮激素受体基因 BtEcR 是否也存
在其它异构体,还有待进一步证实。
本试验通过对不同发育时期的 EcR 转录水平
比较发现,若虫期的转录水平高于成虫初期,成虫中
期的转录水平高于若虫期,该结果与马康生等
(2013)在麦红吸浆虫 Sitodiplosis mosellana 中的研
究结果相似。 以往研究证明无论是雄虫求爱(Gan⁃
ter et al. ,2007;Dalton et al. ,2009;Ishimoto et al. ,
2009)还是卵子发生(Carney & Bender,2000)等繁
殖相关的活动发生时 ECR 的表达都会升高,说明
EcR在昆虫繁殖过程中发挥着重要作用。 而且,
Ables et al. (2015)最新研究表明,蜕皮激素受体家
族基因 E78 能调控果蝇成虫期卵母细胞的形成和
滤泡细胞的发育与凋亡,进一步说明了蜕皮激素受
体家族基因在昆虫发育和生殖过程中的关键调控
作用。
此外,蜕皮激素受体被认为是很有潜力的控制
害虫的靶标因子,Wu et al. (2012)研究表明使用双
联 RNA 沉默蜕皮激素受体基因影响了灰飞虱翅的
形成,而 Yu et al. (2014)研究同样发现,沉默蜕皮
激素受体基因导致褐飞虱后代数量和存活率均显著
下降。 本试验结果将为后续继续研究烟粉虱体内蜕
皮激素的调控机理和筛选控制烟粉虱的新靶标奠定
基础。
参 考 文 献 (References)
Ables ET, Bois KE, Garcia CA, Drummond⁃Barbosa D. 2015.
Ecdysone response gene E78 controls ovarian germline stem cell
niche formation and follicle survival in Drosophila. Develop⁃
mental Biology, 400(1): 33 - 42
Beck Y, Delaporte C, Moras D, Richards G, Billas IM. 2009. The
ligand⁃binding domains of the three RXR⁃USP nuclear receptor
types support distinct tissue and ligand specific hormonal re⁃
sponses in transgenic Drosophila. Developmental Biology, 330
(1): 1 - 11
Bender M, Imam FB, Talbot WS, Ganetzky B, Hogness DS. 1997.
Drosophila ecdysone receptor mutations reveal functional differ⁃
ences among receptor isoforms. Cell, 91: 777 - 788
Carney GE, Bender M. 2000. The Drosophila ecdysone receptor
(EcR) gene is required maternally for normal oogenesis. Ge⁃
netics Society of America, 154: 1203 - 1211
Cruz J, Mané⁃Padrós D, Bellés X, Martín D. 2006. Functions of the
ecdysone receptor isoform⁃A in the hemimetabolous insect Blat⁃
tella germanica revealed by systemic RNAi in vivo. Develop⁃
mental Biology, 297: 158 - 171
Dalton JE, Lebo MS, Sanders LE, Sun FZ, Arbeitman MN. 2009.
Ecdysone receptor acts in fruitless⁃expressing neurons to medi⁃
ate Drosophila courtship behaviors. Current Biology, 19:
1447 - 1452
Escriva H, Bertrand S, Laudet V. 2004. The evolution of the nucle⁃
ar receptor superfamily. Essays in Biochemistry, 40: 11 - 26
Ganter GK, Walton KL, Merriman JO, Salmon MV, Brooks KM,
64 植  物  保  护  学  报 43 卷
Maddula S, Kravitz EA. 2007. Increased male⁃male courtship
in ecdysone receptor deficient adult flies. Behaviour Genetics,
37: 507 - 512
Guo JY, Dong SZ, Yang XL, Cheng L, Wan FH, Liu SS, Zhou
XP, Ye GY. 2012. Enhanced vitellogenesis in a whitefly via
feeding on a begomovirus⁃infected plant. PLoS ONE, 7
(8): e43567
Hult EF, Huang J, Marchal E, Lam J, Tobe SS. 2015. RXR / USP
and EcR are critical for the regulation of reproduction and the
control of JH biosynthesis in Diploptera punctata. Journal of
Insect Physiology, 80: 48 - 60
Ishimoto H, Sakai T, Kitamoto T. 2009. Ecdysone signaling regu⁃
lates the formation of long⁃term courtship memory in adult Dro⁃
sophila melanogaster. Proceedings of the National Academy of
Sciences of the United States of America, 106(15):
6381 - 6386
Ma KS, Li BL, Chen H, Wu JX. 2013. Molecular cloning and ex⁃
pression analysis of an ecdysone receptor ( EcR) gene in the
wheat midge, Sitodiplosis mosellana (Diptera: Cecidomyiidae).
Acta Entomologica Sinica, 56 (6): 605 - 611 ( in Chinese)
[马康生, 李伯辽, 陈浩, 仵均祥. 2013. 麦红吸浆虫蜕皮
激素受体(EcR)基因的克隆与分析表达. 昆虫学报, 56
(6): 605 - 611]
Marchler⁃Bauer A, Zheng CJ, Chitsaz F, Derbyshire MK, Geer LY,
Geer RC, Gonzales NR, Gwadz M, Hurwitz DI, Lanczycki CJ,
et al. 2013. CDD: conserved domains and protein three⁃dimen⁃
sional structure. Nucleic Acids Research, 41: 348 - 352
Marek O, Monika S, Agnieszka K, Iwona G, Anna Z, Grzegorz R,
Piotr D, Daniel K, Fraydoon R, Marian K, et al. 2004. Plas⁃
ticity of the ecdysone receptor DNA binding domain. Molecular
Endocrinology, 18(9): 2166 - 2184
Mello TR, Aleixo AC, Pinheiro DG, Nunes FM, Bitondi MM, Hart⁃
felder K, Barchuk AR, Simões ZL. 2014. Developmental regu⁃
lation of ecdysone receptor (EcR) and EcR⁃controlled gene ex⁃
pression during pharate⁃adult development of honeybees ( Apis
mellifera). Frontiers in Genetics, 5: 445
Palli SR, Retnakaran A. 2001. Ecdysteroid and juvenile hormone
receptor: properties and importance in developing novel insecti⁃
cides. / / Ishaaya I. Biochemical sites of insecticide action and
resistance. Heidelberg: Springer⁃Verlag Berlin, pp. 107 - 132
Tamura K, Stecher G, Peterson D, Filipski A, Kumar S. 2013.
MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6􀆰 0.
Molecular Biology and Evolution, 30: 2725 - 2729
Tan AJ, Palli SR. 2008. Edysone receptor isoforms play distinct
roles in controlling molting and metamorphosis in the red flour
beetle, Tribolium castaneum. Molecular and Cellular Endocri⁃
nology, 291: 42 - 49
Truman JW, Riddiford LM. 2002. Endocrine insights into the evolu⁃
tion of metamorphosis in insects. Annual Review of Entomolo⁃
gy, 47: 467 - 500
Wan FH, Zhang GF, Liu SS, Luo C, Chu D, Zhang YJ, Zang LS,
Jiu M, Lü ZC, Cui XH, et al. 2009. Invasive mechanisms and
management strategy of Bemisia tabaci (Gennadius) biotype B:
progress report of 973 Program on invasive alien species in Chi⁃
na. Science in China Series C: Life Sciences, 39(2): 141 -
148 (in Chinese) [万方浩, 张桂芬, 刘树生, 罗晨, 褚栋,
张友军, 臧连生,纠敏, 吕志创,崔旭红, 等. 2009. B型烟
粉虱的入侵机理与控制基础———国家重点基础研究发展计
划“农林危险生物入侵机理与控制基础研究”进展. 中国科
学 C辑: 生命科学, 39(2): 141 - 148]
Wickert L, Selbig J. 2002. Structural analysis of the DNA⁃binding
domain of alternative lyspliced steroid receptors. Journal of En⁃
docrinology, 173(3): 429 - 436
Wu WJ, Wang Y, Huang HJ, Bao YY, Zhang CX. 2012. Ecdysone
receptor controls wing morphogenesis and melanization during
rice plant hopper metamorphosis. Journal of Insect Physiology,
58: 420 - 426
Yao TP, Forman BM, Jiang ZY, Cherbas L, Chen JD, Mckeown
M, Cherbas P, Evans RM. 1993. Functional ecdysone receptor
is the product of EcR and ultraspiracle genes. Nature,
366: 476 - 479
Yu R, Xu X, Liang Y, Tian H, Pan Z, Jin S, Wang N, Zhang W.
2014. The insect ecdysone receptor is a good potential target for
RNAi⁃based pest control. International Journal of Biological
Sciences, 10(10): 1171 - 1180
(责任编辑:高  峰)
741 期 杨春红等: 烟粉虱 MED 隐种蜕皮激素受体基因 cDNA克隆、转录与组织表达