摘要 本实验室前期研究表明，小菜蛾通过有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）信号途径上游转录激活的关键基因MAP4K4反式调控多个中肠受体基因的表达，从而介导其对苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis（Bt）产生的Cry1Ac杀虫蛋白的高抗性。为进一步明确MAP4K4基因转录激活而过量表达的顺式调控机制，本文利用小菜蛾基因组数据库中MAP4K4基因序列信息，首先克隆了Bt Cry1Ac敏感小菜蛾种群MAP4K4基因上游5′-侧翼序列，得到了两种不同形式的5′-侧翼序列：MAP4K4-1和MAP4K4-2。随后，预测分析了其中的潜在功能顺式作用元件，同时发现其中核苷酸的转换会导致顺式作用元件的改变。本研究初步揭示了小菜蛾MAP4K4 基因的5′-侧翼序列的遗传多样性，为后续明确MAP4K4的顺式调控机制奠定了基础。
关键词 小菜蛾； MAPK信号途径； MAP4K4； 5′-侧翼序列； 顺式调控机制
中图分类号： S 433.4
文献标识码： A
DOI： 10.16688/j.zwbh.2017265
Abstract Our previous studies indicated that the crucial gene MAP4K4， a constitutive transcriptionally-activated upstream gene of MAPK signaling pathway， could trans-regulate the expression of multiple midgut receptor genes thereby mediating the high-level resistance to Bt Cry1Ac toxin in Plutella xylostella （L.）. In this study， to further clarify the cis-regulatory mechanism of transcriptional activation and overexpression of MAP4K4 gene， we utilized the genome database of P.xylostella and cloned the 5′-flanking sequence of MAP4K4 gene from Bt Cry1Ac-susceptible P.xylostella for the first time， and two isoforms including MAP4K4-1 and MAP4K4-2 were detected. Subsequently， the potential functional cis-acting elements in both MAP4K4-1 and MAP4K4-2 isoforms were predicted， and the results showed that the transformation between nucleotides could result in alterations of intrinsic cis-elements. This study revealed the genetic diversity of the 5′-flanking sequence of MAP4K4 gene in P.xylostella and lays a foundation for further exploration of the cis-regulatory mechanism of MAP4K4 gene in P.xylostella.
Key words Plutella xylostella； MAPK signaling pathway； MAP4K4； 5′-flanking sequence； cis-regulatory mechanism
小菜蛾Plutella xylostella （L.），屬于鳞翅目Lepidoptera菜蛾科 Plutellidae，是一种为害十字花科作物的世界性重大农业害虫，每年在世界范围内引起的经济损失高达40亿～50亿美元[1]。苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis （Bt）是一种革兰氏阳性土壤细菌，其在产孢阶段能产生多种杀虫晶体蛋白（又称δ-内毒素），从而能高效专一地杀死多种田间重要害虫且对人畜及环境安全无害。Bt制剂被认为是化学杀虫剂的优良替代品，目前，Bt制剂已成为世界上产量最大、用途最广的微生物杀虫剂[2]。1990年，首次报道了小菜蛾在田间对Bt喷洒制剂产生抗性[3]，随后，它成为研究害虫对Bt产生抗性的模式昆虫之一。前期研究表明，小菜蛾对Bt产生高抗性的分子机制主要是由于其中肠Bt毒素受体的变化（突变或表达量变化）影响其与Bt毒素的结合导致的[4]。
近期，Baxter等通过遗传图谱定位的方法研究发现位于小菜蛾BtR-1抗性基因座内的ABC转运蛋白基因ABCC2序列突变导致小菜蛾NO-QA种群对Bt Cry1Ac毒素产生高抗性[5]。研究发现，本实验室小菜蛾对Bt Cry1Ac毒素的高抗性与中肠CAD基因和ABC转运蛋白ABCH1基因无关[67]。本实验室小菜蛾与NO-QA种群具有相同的BtR-1抗性基因座，因此，利用小菜蛾基因组和家蚕基因组的序列信息和染色体共线性关系成功组装了小菜蛾约3.15 Mb的BtR-1抗性基因座，并通过一系列生化、分子生物学、遗传学和生物信息学等技术最终在国际上首次发现小菜蛾对Bt的高抗性是由位于BtR-1抗性基因座内的有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）信号途径上游恒定转录激活的关键基因MAP4K4反式调控BtR-1抗性基因座内外的ALP和ABC转运蛋白基因（ABCC2、ABCC3和ABCG1）表达下调导致的[89]。
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