CN110241114B - 一种可防控蚊虫的双链rna及其应用 - Google Patents

一种可防控蚊虫的双链rna及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可防控蚊虫的双链RNA及其应用,所述双链RNA由正义链和反义链组成,正义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.1所示序列,反义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.2所示序列。本发明还提供了一种含有该双链RNA的表达载体及其应用。本发明提供的双链RNA以及含有该双链RNA的表达载体能有效沉默3HKT基因,可用于伊蚊的生物控制,具有环境友好的特色和较高的商业应用价值,例如具体实施方式中将含有本发明RNA的表达载体转化微藻,获得工程藻株,喂养伊蚊幼虫,能够有效使伊蚊幼虫致死。

Description

一种可防控蚊虫的双链RNA及其应用
技术领域
本发明涉及一种双链RNA、重组载体及其应用,尤其涉及一种可防控蚊虫的双链RNA及其应用。
背景技术
伊蚊(Aedes)在蚊媒传病的过程中占据着十分重要的地位。传病伊蚊主要是埃及伊蚊(Aedes aegypti)和白纹伊蚊(Aedes aegypti)。伊蚊属于节肢动物门(Arthropoda),昆虫纲(Insecta),双翅目(Diptera),库蚊科(Culicinae),伊蚊属(Aedes)。伊蚊在我国分布范围很广,从北纬38°的辽宁到北纬19°的海南都有其踪迹。其中埃及伊蚊主要生活在纬度较低地区,在我国主要分布于广东的雷州半岛、海南全省和云南的西双版纳地区;白纹伊蚊主要生活在纬度较高地区,在我国主要分布在山西、河北、山东、河南等地。目前全世界主要的流行性蚊媒疾病,最严重的如登革热,其次新兴的寨卡病毒、黄热病、基孔肯雅病等都是由伊蚊进行传播。我国能传播疾病的蚊虫还有按蚊类,如微小按蚊、大劣按蚊、中华按蚊、嗜人按蚊主要传播疟疾;三带喙库蚊主要传播流行性乙型脑炎。据统计,全球每年大约有一半的人感染这类蚊媒传播疾病。以登革热为代表的蚊媒传病已经成为全世界共同关注的公共卫生问题。
由于迄今尚无有效的药物能治疗登革热,也仍没有安全有效的疫苗用于登革热的预防。因此,多数国家采用控制登革热传播媒介的方法来防治登革热。在我国,白纹伊蚊(Aedes albopictus)和埃及伊蚊(Aedes aegypti)是主要的传播媒介。目前对于2种蚊虫的防控,仍然主要采用杀虫剂,这样杀虫剂对环境造成不可逆污染的同时,蚊虫对化学药剂的耐受性也在不断增加。所以,迫切需要一种环境友好的技术达到对埃及伊蚊和白纹伊蚊的控制。
RNAi 是指由双链RNA介入而引起目的基因表达沉默的现象。在植物保护研究领域, 被广泛用来沉默农业害虫生理生化相关的关键基因, 以达到防治农业害虫。饲喂产生RNAi 效应的整个过程包括取食、dsRNA从中肠内壁细胞吸收进入中肠细胞 (环境RNAi效应) 和穿越过中肠向其它组织扩散传递(系统RNAi效应)。
微藻是一个集群概念,是指能进行光合作用的单细胞生物。蚊幼虫一般以水体中绿藻门中个体较小的微藻为食物。如衣藻、小球藻、栅藻、团藻等。羟基犬尿氨酸转氨酶(3-hydroxykynurenine transaminase (3HKT))基因。在伊蚊体内,3HKT催化羟基犬尿素(3-HK)转化为黄尿烯酸。而3-HK在伊蚊体内是高活性的中间体,会立刻氧化生成大量的活性氧,从而杀死伊蚊。体外实验表明向红尾粪麻蝇注射1uM的3-HK可以致使其神经麻痹而死亡。所以正常伊蚊体内的3-HK在产生后很快被3HKT催化产生无毒中间体黄尿烯酸。如果将3HKT基因沉默,无疑将导致伊蚊的死亡。但目前还没有有效抑制3HKT表达的手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,构建伊蚊发育调控重要基因3HKT的RNAi载体,可用于伊蚊的生物控制,具有环境友好的特色和较高的商业应用价值。
本发明的第一个方面是一种双链siRNA,由正义链和反义链组成,正义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.1 所示序列,反义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.2所示序列。
本发明的第二个方面是提供本发明第一个方面所述的双链RNA在沉默3HKT基因中的应用,其中所述3HKT基因为下列核苷酸序列之一:
1)埃及伊蚊3HKT基因,序列表中SEQ ID NO.3 所示序列;
2)与埃及伊蚊3HKT基因具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的DNA序列。
本发明的第三个方面是提供第一个方面所述的双链RNA在制备防控伊蚊的试剂中的应用。
本发明的第三个方面是提供一种表达载体,其含有接受载体、供给载体和本发明第一个方面所述的双链RNA。
所述接受载体是多基因组装过程中接受和承载外源基因片段的载体,可以采用多基因组装过程中常用的接受载体,本发明对此不作特别限定。在本发明的一个具体的实施方式中,所述接受载体采用pMaa7IR/XIR,但应当理解的是,本发明还可以采用其他质粒等。
所述供给载体是多基因组装过程中将目的基因往接受载体输送的载体,可以采用多基因组装过程中常用的供给载体,本发明对此不作特别限定。在本发明的一个具体的实施方式中,所述接受载体采用pT282,但应当理解的是,本发明还可以采用其他质粒等。
优选地,所述接受载体为pMaa7IR/XIR,所述供给载体为pT282,反义链位于pT282载体的XbaⅠ和PstⅠ两限制性内切酶位点之间,正义链位于pT282载体的HindⅢ和KpnⅠ两限制性内切酶位点之间,所述接受载体与所述供给载体通过EcoRⅠ酶切连接。
本发明的第五个方面是提供本发明第四个方面所述的表达载体在沉默3HKT基因中的应用,其中所述3HKT基因为下列核苷酸序列之一:
1) 埃及伊蚊3HKT基因,序列表中SEQ ID NO.3 所示序列;
2)与埃及伊蚊3HKT基因具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的DNA序列。
本发明的第六个方面是提供第四个方面所述的表达载体在制备防控伊蚊的试剂中的应用。
本发明的第七个方面是提供一种转基因微藻,其由本发明第四个方面所述的表达载体转化微藻制备而成,且所述微藻为蚊子幼虫可食用的微藻。
优选地,所述微藻为衣藻(例如莱茵衣藻)、小球藻(例如核蛋白小球藻,普通小球藻)。
本发明的第八个方面是提供本发明的第七个方面所述的转基因微藻在制备防控伊蚊的试剂中的应用。
本发明提供的双链RNA以及含有该双链RNA的表达载体能有效沉默3HKT基因,可用于伊蚊的生物控制,具有环境友好的特色和较高的商业应用价值,例如具体实施方式中将含有本发明双链RNA的表达载体转化衣藻,获得工程藻株,喂养伊蚊幼虫,能够有效使伊蚊幼虫致死。
附图说明
图1 为酶切鉴定正向插入片段和反向插入片的结果。A:HindⅢ+KpnⅠ酶切产生正向片段,2:pUC57-3HKT-F/HindⅢ+KpnⅠ,3:pT282/HindⅢ+KpnⅠ,M:DNA Maker-D2000。B:XbaⅠ+PstⅠ酶切产生反向片段。2:pUC57-3HKT-R/XbaⅠ+PstⅠ,3:pT282/XbaⅠ+PstⅠ,M:DNAMaker-D2000。
图2为 pT282-3HKT-R XbaⅠ+PstⅠ酶切鉴定结果。2:pT282-3HKT-R/ XbaⅠ+PstⅠ,3:pT282 /XbaⅠ+PstⅠ。M:DNA Maker-D2000。
图3 中间载体pT282-3HKT EcoRI酶切鉴定结果。2:pT282-3HKT/EcoRI,M:DNAMaker-D2000。
图4表达载体Maa7IR/3HKTIR EcoRI 酶切鉴定结果。2:Maa7IR/3HKTIR /EcoRI,M:DNA Maker-D15000。
图5为用不同食物喂养埃及伊蚊幼虫后幼虫的长度。A:在光学显微镜下观察幼虫,B:伊蚊幼虫长度,1:清水饲养,2:鼠粮饲养,3:藻CC425饲养,4:转Maa7/IR载体衣藻饲养,5:转Maa7/IR-3HKT衣藻饲养。
图6为转Maa7/IR-3HKT衣藻饲养后伊蚊幼虫死亡情况。清水:清水饲养,鼠粮:鼠粮饲养, CC425:非转基因衣藻CC425饲养, Maa7:转Maa7IR/XIR载体衣藻饲养, 3HKT- A9~3HKT-D5:转Maa7/IR-3HKT衣藻饲养。 注意:每10只伊蚊幼虫为一组,重复3次,计算平均值得到结果。
图7为转Maa7/IR-3HKT衣藻饲养30天后埃及伊蚊幼虫(A)和成虫(B)的成活率。Fodder:鼠粮饲养,CC425:非转基因衣藻CC425饲养,3HKT-A9:转Maa7/IR-3HKTIR衣藻3HKT-A9饲养。
图8为转Maa7IR/3HKTIR衣藻饲养30天后白纹伊蚊幼虫(A)和成虫(B)的成活率。Fodder:鼠粮饲养,CC425:非转基因衣藻CC425饲养,3HKT-A9:转Maa7/IR-3HKTIR衣藻3HKT-A9饲养。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明,以更好地理解本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。Marker均购自大连宝生物公司。下述实施例中的%,如无特殊说明,均为质量百分含量。以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
一、伊蚊3HKTRNAi表达载体的构建
(1)3HKT RNAi正向和反向片段的获得
大连宝生物工程公司化学合成3HKT基因片段,克隆到pUC57载体上,命名为pUC57-3HKT。将pUC57-3HKT载体在大肠杆菌DH5α中进行扩繁,提取质粒。HindⅢ+KpnⅠ双酶切后得到的正向片段pUC57-3HKT-F(GAGCGAUCAAUAUGGCCACCCGAUAUGGAGCGGACGUCCGGGUAUUGGGGGGACCGGCCGACAAACCUUUCUCGAUGACCGAUUUCAAAAAAGCGAUCGAACAACACAGGCCGAAGUGUCUGUUCGUAGUUCAUGGAGACUCGUCUUCUGGACUUCUCCAACCUCUGGAAGGUCUGGGGAAAAUCUGCCACGACUAUGACUGCCUUCUGCUCGUAGAUGCCGUGGCUAGCCUUUGUGGUGUCCCGUUCUACAUGGACAAAUGGGAGAUCGAUGGCGUCUAUACCGGGUCACAGAAGGUGCUGGGAGCCCCACCUGGAAUAACGCCCAUU),酶切结果符合预期片段大小(图1A)。XbaⅠ+PstⅠ双酶切后得到的反向片段pUC57-3HKT-R(AAUGGGCGUUAUUCCAGGUGGGGCUCCCAGCACCUUC UGUGACCCGGUAUAGACGCCAUCGAUCUCCCAUUUGUCCAUGUAGAACGGGACACCACAAAGGCUAGCCACGGCAUCUACGAGCAGAAGGCAGUCAUAGUCGUGGCAGAUUUUCCCCAGACCUUCCAGAGGUUGGAGAAGUCCAGAAGACGAGUCUCCAUGAACUACGAACAGACACUUCGGCCUGUGUUGUUCGAUCGCUUUUUUGAAAUCGGUCAUCGAGAAAGGUUUGUCGGCCGGUCCCCCCAAUACCCGGACGUCCGCUCCAUAUCGGGUGGCCAUAUUGAUCGCUC),酶切结果符合预期片段大小(图1B)。
(2)正向片段和反向片段与pT282连接得到中间载体pT282-3HKT
经过XbaⅠ+ PstⅠ酶切的片段pUC57-3HKT-R与经过XbaⅠ+PstⅠ酶切的pT282载体进行连接转化和筛选,得到反向片段的重组载体pT282-3HKT-R2(图2)。
在此基础上连接正向片段。对连接有反向片段的重组中间载体pT282-3HKT-R2进行HindⅢ/KpnI双酶切,回收大片段,然后将其与经过HindⅢ/KpnⅠ酶切正向片段pUC57-3HKT-F连接,转化和筛选,得到中间载体pT282-3HKT(图3)。
(3)中间载体pT282-3HKT与RNAi 表达载体Maa7IR/XIR连接
pT282-3HKT和RNAi 表达载体Maa7IR/XIR经过EcoRⅠ酶切,连接,转化大肠杆菌,得到表达载体Maa7IR/3HKTIR。用EcoRⅠ酶切鉴定Maa7IR/3HKTIR,结果表明细胞核表达载体Maa7IR/3HKTIR构建成功(图4)。
二、3HKT基因 RNAi表达载体转化莱茵衣藻
通过玻璃珠法把上述构建好的Maa7IR/3HKTIR表达载体转化莱茵衣藻,将上述转化藻株均匀涂布于含有巴龙霉素和5-氟吲哚的抗性固体TAP培养基上,进行反复筛选。共得到188株3HKT RNAi转基因藻株。
对Maa7IR/3HKTIR转基因藻株提取DNA,以Maa7IR/XIR载体序列为引物,对转基因藻株的DNA进行PCR扩增,鉴定转基因藻株是否有载体插入片段。123株3HKT RNAi转化藻株中PCR鉴定出66株呈阳性。
值得注意的是,除了本实施例中的莱茵衣藻外,还可以选用其他衣藻、小球藻等,本发明此处仅以莱茵衣藻进行举例说明,并不起限定作用。根据实施方式的记载采用其他藻类均可以实现和莱茵衣藻相同的效果,本发明在此不作赘述。
三、饲喂转基因藻株的伊蚊检测
幼虫生物学检测
对喂食Maa7IR/3HKTIR转基因藻株的四龄幼虫生长6日观察结果如图5所示,以清水饲养的伊蚊平均长度为3511±45μm;以鼠粮饲养的伊蚊平均长度为7876±78 μm; 以衣藻CC425饲养的伊蚊平均长度为8689±81μm;以转Maa7/IR载体衣藻饲养的伊蚊平均长度为6136±71μm;以转Maa7/IR-3HKT衣藻饲养的伊蚊平均长度为4053±77 μm。简要来说,以衣藻CC425饲养的伊蚊平均长度最长,以饲料饲养的伊蚊平均长度其次,转Maa7IR/3HKTIR衣藻饲喂的伊蚊幼虫与以衣藻CC425饲养的伊蚊相比,体长减少53.7%。由此推断,喂食Maa7/IR-3HKT转基因衣藻的幼虫,对其生长造成严重的影响。
在相同喂食时间和条件下,与喂食清水、鼠粮、CC425、Maa7IR/XIR相比,喂食Maa7IR/3HKTIR转基因衣藻的伊蚊最早在第二天就有死亡现象,第二天死亡率为61%。3HKT-B5组在第二天就已经全部死亡。说明Maa7IR/3HKTIR转基因衣藻对伊蚊幼虫有严重的致死作用(图6)。
(2)伊蚊幼虫饲喂Maa7IR/3HKTIR转基因工程藻株隔离室中试验
将埃及伊蚊试验规模达到300个卵,进行喂饲30天的生物学观察统计。结果显示,喂食饲料的幼虫共有292个卵孵化成为幼虫,幼虫第4天开始化蛹,第8天所有幼虫完全化蛹。喂食非转基因藻株CC425的幼虫共有295个卵孵化成为幼虫,幼虫第4天开始化蛹,第13天所有幼虫完全化蛹。喂食转Maa7IR/3HKTIR藻株的幼虫共有270个卵孵化成为幼虫,幼虫第6天开始化蛹,第30天任然有13只幼虫未化蛹(图7A)。成蚊成活率统计方面,喂食饲料的幼虫第12天蛹完全羽化成成虫,第30天还剩下244只成蚊成活,成活率为81.3%。喂食非转基因藻株CC425的幼虫第16天蛹完全羽化成成虫,第30天还剩下270只成蚊成活,成活率为90%。喂食转Maa7IR/3HKTIR藻株的幼虫第30天有13只幼虫未化蛹,没有成蚊成活,成活率为0.0%,期间伴随着幼虫和成虫的不间断的死亡,杀虫效果明显(图7B)。
进而,将转Maa7IR/3HKTIR藻株喂食白纹伊蚊。结果显示:喂食转Maa7IR/3HKTIR藻株的幼虫第6天开始化蛹,第30天任然有23只幼虫未化蛹(图8A)。成蚊成活率统计方面,喂食饲料的幼虫第11天蛹完全羽化成成虫,第30天还剩下237只成蚊成活,成活率为79.0%。喂食非转基因藻株CC425的幼虫第12天蛹完全羽化成成虫,第30天还剩下279只成蚊成活,成活率为93%。喂食转Maa7IR/3HKTIR藻株的幼虫第30天有23只幼虫未化蛹,第30天还剩下8只成蚊成活,成活率为2.7%。结果显示Maa7IR/3HKTIR转基因藻株对白纹伊蚊也有较强的致死性(图8B)。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
序列表
<110> 中国热带农业科学院热带生物技术研究所
<120> 一种可防控蚊虫的双链RNA 及其应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
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acaaaccuuu cucgaugacc gauuucaaaa aagcgaucga acaacacagg ccgaaguguc 120
uguucguagu ucauggagac ucgucuucug gacuucucca accucuggaa ggucugggga 180
aaaucugcca cgacuaugac ugccuucugc ucguagaugc cguggcuagc cuuuguggug 240
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<211> 329
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ccttccaacc tgatatttgc tctccgggaa gccatagccc agatagctga agaaggtctt 840
gagccagtca ttcggcgaag acaggaatgt gccgagcaaa tgtatcgcgg tctgcaggca 900
atgggtttag aaatattcgt caaagatccc gagtaccggt taccgaccgt gacctgtatt 960
atgatcccaa agggcgtcaa ctggtggaag gtctccgaat acgccatgaa caacttttcg 1020
ctggagatcc agggcggatt tggcccgacg atgggaattg cgtggcgagc tggaatcatg 1080
ggcgagagtt caacacttca gcgggtaaac ttctatctgt atgcgttcaa ggaatctctc 1140
aaagctaccc atccggatta cgtatttgag aaaaagaacg gccaaacaaa tggaacgaag 1200
taa 1203
<210> 4
<211> 400
<212> PRT
<213> Artificial
<400> 4
Met Lys Phe Thr Pro Pro Pro Ser Ser Leu Arg Gly Pro Leu Val Ile
1 5 10 15
Pro Asp Lys Ile Met Met Gly Pro Gly Pro Ser Asn Cys Ser Lys Arg
20 25 30
Val Leu Ala Ala Leu Asn Asn Thr Cys Leu Ser Asn Phe His Asp Glu
35 40 45
Leu Phe Gln Val Ile Asp Glu Val Lys Asp Gly Leu Arg Tyr Ile Phe
50 55 60
Gln Thr Glu Asn Arg Thr Thr Met Cys Ile Thr Gly Ser Ala His Thr
65 70 75 80
Gly Met Glu Ala Leu Leu Cys Asn Leu Leu Glu Glu Gly Asp Ile Val
85 90 95
Leu Ile Ala Asn Asn Gly Ile Trp Ala Glu Arg Ala Ile Asn Met Ala
100 105 110
Thr Arg Tyr Gly Ala Asp Val Arg Val Leu Gly Gly Pro Ala Asp Lys
115 120 125
Pro Phe Ser Met Thr Asp Phe Lys Lys Ala Ile Glu Gln His Arg Pro
130 135 140
Lys Cys Leu Phe Val Val His Gly Asp Ser Ser Ser Gly Leu Leu Gln
145 150 155 160
Pro Leu Glu Gly Leu Gly Lys Ile Cys His Asp Tyr Asp Cys Leu Leu
165 170 175
Leu Val Asp Ala Val Ala Ser Leu Cys Gly Val Pro Phe Tyr Met Asp
180 185 190
Lys Trp Glu Ile Asp Gly Val Tyr Thr Gly Ser Gln Lys Val Leu Gly
195 200 205
Ala Pro Pro Gly Ile Thr Pro Ile Ser Ile Ser Pro Lys Ala Leu Glu
210 215 220
Val Ile Arg Ser Arg Lys Thr Pro Ser Lys Val Phe Tyr Trp Asp Leu
225 230 235 240
Leu Ile Leu Gly Asn Tyr Trp Gly Cys Tyr Asp Glu Gln Lys Arg Tyr
245 250 255
His His Thr Val Pro Ser Asn Leu Ile Phe Ala Leu Arg Glu Ala Ile
260 265 270
Ala Gln Ile Ala Glu Glu Gly Leu Glu Pro Val Ile Arg Arg Arg Gln
275 280 285
Glu Cys Ala Glu Gln Met Tyr Arg Gly Leu Gln Ala Met Gly Leu Glu
290 295 300
Ile Phe Val Lys Asp Pro Glu Tyr Arg Leu Pro Thr Val Thr Cys Ile
305 310 315 320
Met Ile Pro Lys Gly Val Asn Trp Trp Lys Val Ser Glu Tyr Ala Met
325 330 335
Asn Asn Phe Ser Leu Glu Ile Gln Gly Gly Phe Gly Pro Thr Met Gly
340 345 350
Ile Ala Trp Arg Ala Gly Ile Met Gly Glu Ser Ser Thr Leu Gln Arg
355 360 365
Val Asn Phe Tyr Leu Tyr Ala Phe Lys Glu Ser Leu Lys Ala Thr His
370 375 380
Pro Asp Tyr Val Phe Glu Lys Lys Asn Gly Gln Thr Asn Gly Thr Lys
385 390 395 400

Claims (9)

1.一种双链RNA在制备防控伊蚊的试剂中的应用,其特征在于,所述的双链RNA由正义链和反义链组成,正义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.1 所示序列,反义链核苷酸序列为序列表中SEQ ID NO.2 所示序列。
2.权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的双链RNA在沉默3HKT基因中的应用,其中所述3HKT基因为下列核苷酸序列之一:
1)埃及伊蚊3HKT基因,序列表中SEQ ID NO.3 所示序列;
2)与埃及伊蚊3HKT基因具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的DNA序列。
3.一种表达载体,其特征在于,其含有接受载体、供给载体和权利要求1所述的应用中的双链RNA。
4.根据权利要求3所述的表达载体,其特征在于,所述接受载体为pMaa7IR/XIR,所述供给载体为pT282,反义链位于pT282载体的XbaⅠ和PstⅠ两限制性内切酶位点之间,正义链位于pT282载体的HindⅢ和KpnⅠ两限制性内切酶位点之间,所述接受载体与所述供给载体通过EcoRⅠ酶切连接。
5.权利要求3或4所述的表达载体在沉默3HKT基因中的应用,其中所述3HKT基因为下列核苷酸序列之一:
1)埃及伊蚊3HKT基因,序列表中SEQ ID NO.3 所示序列;
2)与埃及伊蚊3HKT基因具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的DNA序列。
6.权利要求3或4所述的表达载体在制备防控伊蚊的试剂中的应用。
7.一种转基因微藻,其特征在于,其由权利要求3或4所述的表达载体转化微藻制备而成,且所述微藻为蚊子幼虫可食用的微藻。
8.根据权利要求7所述的转基因微藻,其特征在于,所述微藻为衣藻或小球藻。
9.权利要求7或8所述的转基因微藻在制备防控伊蚊的试剂中的应用。
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