白背飞虱几丁质酶家族基因的特征及其在若虫-成虫过程中的功能分析

白背飞虱是危害水稻的重要迁飞性害虫，也是南方水稻黑条矮缩病毒的主要传播媒介，对我国水稻的生产造成极大的威胁。目前，白背飞虱防控仍以化学防治为主，但由于杀虫剂大量和不合理使用，导致白背飞虱对多种杀虫剂产生了严重的抗药性。因此，迫切需要开发新的害虫控制策略。几丁质酶（Chitinase, CHT）在昆虫蜕皮过程中可以将旧表皮或围食膜的几丁质降解，确保昆虫正常蜕皮。

在本研究中，从白背飞虱基因组和转录组数据库中共鉴定12个几丁质酶基因，包括9个几丁质酶（Chitinase），2个成虫盘生长因子（imaginal disc growth factor）和1个内切-β-乙酰葡萄糖胺酶（ENGase）（图1）。课题组前期通过RNAi证实SfCht7基因参与调控白背飞虱蜕皮发育，在此基础上进一步利用RNAi技术沉默11个几丁质酶基因，结果表明沉默SfCht5, SfCht10 和SfIDGF2基因后，导致白背飞虱蜕皮失败和高死亡率（图2）。此外，我们发现沉默SfCht5, SfCht7,SfCht10和SfIDGF2后，白背飞虱几丁质代谢相关基因的相对表达水平变化显著。

以上研究结果表明，SfCht5, SfCht7, SfCht10和SfIDGF2参与调控白背飞虱若虫-成虫转换期的蜕皮发育过程，同时参与调控白背飞虱几丁质代谢过程，可将其作为杀虫剂开发的候选靶标。

Fig. 1 Phylogenetic analysis of chitinase genes (Chts) from Bombyx mori (Bm), Drosophila melanogaster (Dm), Tribolium castaneum (Tc), Anopheles gambiae (Ag), Locusta migratoria (Lm), Nilaparvata lugens (Nl), Plutella xylostella (Px), and Sogatella furcifera (Sf). Chitinase genes were classified into 11 groups.

Fig.2 Effect of SfCht5, SfCht10 and SfIDGF2 silencing in Sogatella furcifera. (A) Relative transcript levels of SfCht5, SfCht10 and SfIDGF2 after specific RNA interference (RNAi) at 48 and 72 h. Data are means ± SE of three biological replications. At 48 and 72 h after double-stranded RNA (dsRNA) injection, their expression levels significantly decreased compared with those in the control group (Student’s t-test, **P < 0.01). (B) Representative phenotypes of nymphs after dsSfCht5, dsSfCht10 and dsSfIDGF2 or double-stranded green fluorescent protein (dsGFP) injection. dsSfCht5, dsSfCht10 and dsSfIDGF2 injection separately exhibited two similar typical lethal phenotypes (P1 and P2). P1: old cuticles split open but nymphs failed to shed the old cuticle and died before eclosion (red arrows); P2: old cuticles did not split and nymphs failed to reach the molting stage and died before eclosion. Control: nymphs injected with dsGFP were alive and successfully molted to adults

贵州大学博士研究生杨熙彬为本文第一作者，周操博士为本文第二作者，杨洪教授为通讯作者。贵州大学金道超教授也参与了本研究。 本研究得到国家自然科学基金项目（31960537 和31560522）资助。

原文信息

Yang, X. B., Zhou, C., Long, G. Y., Yang, H., Chen, C. and Jin, D. C. (2021) Characterization and functional analysis of chitinase family genes involved in nymph–adult transition of Sogatella furcifera. Insect Science, 28(4), 901–916.

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