当前位置：首页>农业>当期论文 | 吉林农业大学姜卓,张雪等:松毛虫赤眼蜂卵黄原蛋白受体基因的克隆、表达与功能分析

当期论文 | 吉林农业大学姜卓,张雪等:松毛虫赤眼蜂卵黄原蛋白受体基因的克隆、表达与功能分析

2026-10-25 09:18:08

作者及单位

姜卓，张雪^*，袁海滨，张俊杰，郑美鑫

吉林农业大学植物保护学院，长春130118

基金信息

吉林省科技发展计划项目（20200301024RQ，20210508018RQ），国家青年科学基金项目（32102291）

摘要&关键词

摘要： 为探究松毛虫赤眼蜂卵黄原蛋白受体（Vitellogenin receptor，VgR）基因在其生殖调控中的作用，克隆并分析松毛虫赤眼蜂 VgR（TdVgR）基因序列，利用实时荧光定量 PCR 技术对该基因时空表达进行测定，并采用 RNA 干扰技术研究 VgR 对松毛虫赤眼蜂卵巢发育及产卵量的影响。结果表明：TdVgR cDNA序列全长 5 998 bp，开放阅读框长 5 097 bp，编码氨基酸1 698个，预测编码蛋白大小 187.5 kDa。TdVgR 在松毛虫赤眼蜂整个发育阶段均表达，羽化 12 h 时表达量达到峰值。TdVgR基因在松毛虫赤眼蜂雌成虫卵巢中特异性高表达。沉默 TdVgR 后，松毛虫赤眼蜂表现出卵巢结构松散，卵子排列不规则，并出现畸形卵子，同时单蜂怀卵量及产卵量均显著降低，该结果为进一步探究松毛虫赤眼蜂的生殖调控机理提供理论依据。

关键词： 松毛虫赤眼蜂；卵黄发生；卵黄原蛋白受体；RNA干扰技术

精要导读

松毛虫赤眼蜂（Trichogramma dendrolimi）属膜翅目（Hymenoptera）赤眼蜂科（Trichogrammatidae）赤眼蜂属（Trichogramma），是目前应用范围最广的卵寄生性天敌昆虫之一。该蜂对多种重要的农林害虫均有较好的防治效果，且其工厂化生产程度在天敌昆虫中位居前列，在生物防治领域具有广阔的应用前景^［1-3］。在赤眼蜂的实际应用与规模化生产中，生殖力是决定其防治效果的关键指标。近年来，研究人员对影响赤眼蜂生殖力的相关因素进行了大量研究，包括温湿度、寄主种类、营养源、沃尔巴克氏体（Wolbachia）等均对赤眼蜂生殖力具有显著影响^［4-7］。

卵黄发生（Vitellogenesis）是昆虫生殖调控的核心环节。在卵黄发生过程中，昆虫的卵母细胞内积累大量的卵黄蛋白（Yolk protein， YP），为其后续的卵子形成和胚胎发育提供营养物质。卵黄原蛋白（Vitellogenin， Vg）是所有昆虫中含量最为丰富的YP前体蛋白^［8-9］。血淋巴中的Vg需要受体的介导才能进入卵母细胞，并以晶体的形式沉淀为YP。卵黄原蛋白受体（Vitellogenin receptor， VgR）是Vg的专一性作用受体，其在保证Vg有效摄入、调控Vg积累方面起到重要作用，是卵黄发生的分子基础^［10］。截至目前，已有蜚蠊目、鳞翅目、半翅目在内的30余种昆虫的VgRs序列被成功克隆^［11-12］。表达模式分析显示，昆虫的VgR大多具有组织和发育时期的特异性。但是目前关于昆虫VgR的功能研究十分有限，仅限于少数昆虫^{［11，13］}。例如，通过干扰甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）VgR的表达，导致其卵巢发育推迟，单雌产卵量显著下降^［13］。RNA干扰技术已被广泛应用于基因功能研究，但由于赤眼蜂个体小，该方法在赤眼蜂中的应用尚未见报道。因此，本研究克隆了松毛虫赤眼蜂卵黄原蛋白受体基因TdVgR的cDNA全长序列，对其序列和表达模式进行分析。同时利用RNA干扰技术明确VgR基因在松毛虫赤眼蜂卵黄发生及产卵中的作用。该研究结果可为深入揭示松毛虫赤眼蜂的生殖调控机理提供理论依据，并为RNA干扰技术在赤眼蜂等微小昆虫中的应用提供新思路。

结果与分析

TdVgR基因克隆与序列分析

基于松毛虫赤眼蜂转录组数据，利用RACE技术获得目的基因全长序列5 998 bp （GenBank登录号：MZ981738）。结果表明：该基因开放阅读框（Open Reading Frame， ORF） 5 097 bp，5'端非编码区（5'UTR） 99 bp，3'端非编码区（3'UTR） 802 bp，具PolyA结构。编码氨基酸1 699个，预测编码蛋白大小187.5 kDa，理论等电点（pI）为5.63。N端第1~30位氨基酸为信号肽，剪切位点位于第31位的精氨酸和第32位的甘氨酸之间。跨膜域分析显示，第1591~1613位氨基酸为跨膜域。结构域分析显示，VgR氨基酸序列在不同物种中高度保守，很多保守区域和基序的相对位置一致，不同的是松毛虫赤眼蜂仅具有1个配体结合域（LBD），见图1。

将松毛虫赤眼蜂VgR与其他膜翅目昆虫的VgR氨基酸序列进行比对，结果显示VgR氨基酸序列在不同物种中同源性较高，相似性达55.16%。从NCBI数据库中选取33个物种的VgR氨基酸序列，通过Neighbor-joining （NJ法）构建系统发育树（图2）。由图2可见，不同目的昆虫各自聚成一支，这说明VgR在进化上具有一定的保守性。TdVgR和短管赤眼蜂的VgR （TpVgR X1/TpVgR X2）聚在同一个进化支上，说明两者亲缘关系最近，其次是同为膜翅目的丽蝇蛹集金小蜂的VgR （NvVgR X1/NvVgR X2）。多序列比对显示，TdVgR与TpVgR X1和TpVgR X2的序列一致性分别为65.2%和65.3%，与NvVgR X1和NvVgR X2的序列一致性均为41.69%。

TdVgR基因的表达模式分析

通过荧光定量PCR检测VgR在松毛虫赤眼蜂不同发育阶段及不同组织中的相对表达量，结果显示，TdVgR在松毛虫赤眼蜂整个发育历期中均有表达，但不同发育时期的表达量均差异显著（P<0.01）。从卵期至蛹期，TdVgR表达量极低，刚羽化（3 h以内）的松毛虫赤眼蜂VgR的表达量仍处于较低水平，之后升高，在羽化12 h时达最高水平，随后表达量持续下降（图3）。而不同组织中，VgR表达水平也差异显著（P<0.01），TdVgR在雌性成虫卵巢内特异性高表达，在其他组织中的表达量极低（图4）。

沉默TdVgR基因对松毛虫赤眼蜂

卵巢形态特征及产卵行为的影响

注射dsVgR后，松毛虫赤眼蜂可正常羽化出蜂，在不饲喂的条件下，平均寿命与对照组无显著差异。通过荧光定量PCR检测发现，注射dsVgR的松毛虫赤眼蜂体内VgR基因表达量显著降低，仅为对照组的30% （图5-A）。当沉默VgR时，松毛虫赤眼蜂卵巢相较于对照组在形态上表现出明显的松散，卵子排列不规则（图5-D，E），而且在怀卵量及单蜂产卵量上，对照组极显著高于注射dsVgR的松毛虫个体（图5-B，C）。松毛虫赤眼蜂羽化12 h时，dsVgR组的成熟卵子占比为（94.43 ± 0.01）%，dsGFP组为（92.69 ± 0.01）%，无显著差异（t=0.939， P=0.132）。且观察到dsVgR组中存在少量畸形卵子，正常发育的成熟卵子呈长卵圆形，卵子表面圆润，而畸形的卵子卵表面出现不规则凹陷（图5-F，G）。

讨论

本研究克隆了松毛虫赤眼蜂TdVgR基因的全长cDNA序列，其编码蛋白的序列略小于其他昆虫的VgR，与短管赤眼蜂VgR大小较为接近，具有低密度脂蛋白受体家族的5个保守结构域，分别为配体结合域（Ligand-binding domain， LBD），表皮生长因子前体同源域（EGF-precursor doman， EGFP），糖链结构域（O-linked sugar domian， OLSD），跨膜结构域（Transmembrane domain， TMD）和胞质尾域（Cytoplasmic domain） ^［14］。与其他昆虫不同的是，TdVgR仅有1个LBD，由8个classA重复域构成，与短管赤眼蜂的其中1个VgR结构一致，该结果表明，赤眼蜂属昆虫具有多种VgR。LBD与受体的结合密切相关，松毛虫赤眼蜂与短管赤眼蜂同属于赤眼蜂属，据此推测，赤眼蜂属昆虫的Vg与VgR相互作用的机理与其他昆虫存在差异，但该结论还需在其他赤眼蜂属昆虫中进一步验证。

不同昆虫VgR有不同的时空表达规律。现有研究表明，多数昆虫的VgR在雌虫卵巢中特异性高表达，如意大利蝗（Calliptamus italicus）、棉铃虫（Helicoverpa armigera）、蓖麻蚕（Samia ricini），斜纹夜蛾（Spodoptera litura ）等^{［12， 15-17］}。然而，在某些昆虫中，除了卵巢组织，VgR也在其他组织中表达。例如，在对荔枝蝽（Tessaratoma papillosa ）研究时发现，VgR除在雌性卵巢表达外，在成虫的淋巴液、若虫脂肪体中也有表达^［18］；在对柞蚕（Antheraea pernyi）研究时发现，当柞蚕发育至蛹期时，其卵巢组织和脂肪体内均能检测到VgR基因表达^［19］；此外，黑尾叶蝉（Nephotettix cincticeps）的VgR基因在成虫卵巢、脂肪体和肠道组织中均有表达^［20］。在松毛虫赤眼蜂中也得到了相似的结果，TdVgR在松毛虫赤眼蜂多个组织中表达，但是在雌成蜂卵巢中的表达量显著高于其他组织，表明VgR基因除了参与昆虫生殖调控外可能还具有其他功能。在不同昆虫中，VgR的表达高峰期也有所差别，如蜚蠊目中的美洲大蠊（Periplaneta americana）和马德拉蜚蠊（Leucophaea maderae）在羽化后1~2 d VgR的表达量达峰值^［21-22］，二化螟（Chilo suppressalis）成虫羽化后2 d VgR的表达量最高^［23］。松毛虫赤眼蜂VgR表达量的最高值出现在羽化后12 h，显著小于上述3种昆虫。而在烟粉虱MEAM1隐种中，VgR基因的表达量则是在羽化7 d后才达到峰值^［24］。这种时间上的表达差异性可能与不同种类昆虫产卵前期时长及卵子的成熟速率密切相关。

RNA干扰技术已被广泛应用于基因功能的研究。松毛虫赤眼蜂个体小，利用常规的显微注射方法操作难度大。本研究采用浸泡的方法进行RNA干扰，利用荧光定量PCR检测干扰效率，证实了此方法在松毛虫赤眼蜂中的可行性。本研究还发现，当沉默松毛虫赤眼蜂VgR后，个体可正常羽化，但是怀卵量明显减少，产卵量也显著下降。除此之外，干扰VgR表达后的松毛虫赤眼蜂卵巢形态松散，并出现畸形卵。通过此结果推测，VgR不仅调控松毛虫赤眼蜂怀卵的数量，还影响卵的质量。这与在斜纹夜蛾、黏虫（Mythimna separata）及火红蚁（Solenopsis invicta）中得到的结果相似。干扰VgR后，斜纹夜蛾产卵量显著降低，还表现出卵巢发育不良，卵巢管数目减少等性状。黏虫卵巢中卵子的卵黄蛋白的沉积明显受到抑制，而火红蚁子代孵化率则显著降低^{［12，25-26］}。卵黄原蛋白受体作为卵黄原蛋白的专一性受体，在昆虫体内的作用方式是一个动态循环的过程，对昆虫卵子的成熟起着至关重要的作用^{［14， 27-28］}。目前，卵黄原蛋白受体在昆虫中的研究主要集中在其生殖调控方面。作为昆虫生殖调控过程中的关键因子，其研究不仅为揭示昆虫生殖调控机制奠定基础，还可为促进天敌昆虫规模化繁育及害虫绿色防控提供理论依据。

本文引用格式

姜卓，张雪，袁海滨，等.松毛虫赤眼蜂卵黄原蛋白受体基因的克隆、表达与功能分析［J］.吉林农业大学学报，2026，48（2）：243-251.

参考文献

上下滑动查看更多

1. 王连霞.松毛虫赤眼蜂防治高粱田亚洲玉米螟技术的研究［J］.黑龙江农业科学， 2021（1）： 64-67.

2. 韩诗畴，吕欣，李志刚，等.赤眼蜂生物学与繁殖技术研究及应用：广东省生物资源应用研究所（原广东省昆虫研究所）赤眼蜂研究50年［J］.环境昆虫学报， 2020， 42（1）： 1-12.

3. Huang J， Hua H Q， Wang L Y， et al. Number of attacks by Trichogramma dendrolimi （Hymenoptera： Trichogrammatidae） affects the successful parasitism of Ostrinia furnacalis （Lepidoptera： Crambidae） eggs［J］. Bulletin of Entomological Research， 2017， 107（6）： 812-819.

4. 杜文梅，郭若天，潘宇，等.不同温度下稻螟赤眼蜂在黏虫卵上的种群生命表［J］.环境昆虫学报， 2020， 42（1）： 29-35.

5. 黄静，张斌，张帆，等.繁育寄主对三种赤眼蜂个体大小及抱卵量的影响［J］.昆虫学报， 2015， 58（10）： 1098-1107.

6. 郭祥令，王德森，何余容，等.不同营养源对卷蛾分索赤眼蜂寿命和生殖力的影响［J］.中国生物防治学报， 2011， 27（4）： 448-452.

7. 杨克冬，张海燕，钱海涛，等.沃尔巴克氏体感染对松毛虫赤眼蜂生殖力、发育历期和存活的影响［J］.中国生物防治， 2008， 24（3）： 210-214.

8. Matozzo V， Gagné F， Marin M G， et al. Vitellogenin as a biomarker of exposure to estrogenic compounds in aquatic invertebrates： A review［J］. Environment International， 2008， 34（4）： 531-545.

9. Tufail M， Takeda M. Molecular characteristics of insect vitellogenins［J］. Journal of Insect Physiology， 2008， 54（12）： 1447-1458.

10. Li H L， Wang X Y， Zheng X L， et al. Research progress on oviposition⁃related genes in insects［J］. Journal of Insect Science， 2020， 20（6）： 36.

11. 王加伟，彭露，邹明民，等.昆虫卵黄原蛋白受体（VgRs）及其主要功能综述［J］.环境昆虫学报， 2016， 38（4）： 831-842.

12. Shu Y H， Wang J W， Lu K， et al. The first vitellogenin receptor from a Lepidopteran insect： Molecular characterization， expression patterns and RNA interference analysis［J］. Insect Molecular Biology， 2011， 20（1）： 61-73.

13. 赵静，陶蓉，郝德君，等.甜菜夜蛾卵黄原蛋白受体基因的RNA干扰［J］.中国农业科学， 2019， 52（1）： 56-64.

14. Tufail M， Takeda M. Insect vitellogenin/lipophorin receptors： Molecular structures， role in oogenesis， and regulatory mechanisms［J］. Journal of Insect Physiology， 2009， 55（2）： 87-103.

15. 向敏.基于转录组测序的意大利蝗VgR克隆和表达分析［D］.乌鲁木齐：新疆师范大学， 2019.

16. Zhang W N， Ma L， Xiao H J， et al. Molecular characterization and function analysis of the vitellogenin receptor from the cotton bollworm， Helicoverpa armigera （Hübner）（Lepidoptera， Noctuidae）［J］. PLoS One， 2016， 11（5）： e0155785.

17. Thomas D S， Varma M， Manoharan C， et al. Molecular characterization and functional analysis of the vitellogenin receptor from eri silkworm， Samia ricini［J］. Comparative Biochemistry and Physiology Part B， Biochemistry & Molecular Biology， 2020， 242： 110417.

18. 程林，韩顺财，蒋敬涛，等.荔枝蝽Tessaratoma papillosa卵黄原蛋白及受体的序列及时空表达分析［J］.福建农业学报， 2021， 36（7）： 793-805.

19. Liu Q N ， Zhu B J ， Liu C L ， et al. Characterization of vitellogenin receptor （VgR） from the Chinese oak silkworm， Antheraea pernyi［J］. Bulletin of Insectology， 2011， 64（2）： 167-174.

20. 陈利鹏，杜玉萍，方琦，等.黑尾叶蝉卵黄原蛋白受体基因cDNA的克隆、序列分析及表达模式［J］.昆虫学报， 2016， 59（9）： 925-937.

21. Tufail M， Takeda M. Molecular cloning， characterization and regulation of the cockroach vitellogenin receptor during oogenesis［J］. Insect Molecular Biology， 2005， 14（4）： 389-401.

22. Tufail M， Takeda M. Molecular cloning and developmental expression pattern of the vitellogenin receptor from the cockroach， Leucophaea maderae［J］. Insect Biochemistry and Molecular Biology， 2007， 37（3）： 235-245.

23. 缪丽君.二化螟卵黄原蛋白受体和保幼激素受体基因克隆与RNAi沉默研究［D］.扬州：扬州大学， 2020.

24. 程璐，郭建洋，刘树生，等.烟粉虱MEAM1隐种卵黄原蛋白受体基因cDNA的克隆、序列分析及在不同发育时期的表达［J］.昆虫学报， 2013， 56（6）： 584-593.

25. Lu H L， Vinson S B， Pietrantonio P V. Oocyte membrane localization of vitellogenin receptor coincides with queen flying age， and receptor silencing by RNAi disrupts egg formation in fire ant virgin Queens［J］. The FEBS Journal， 2009， 276（11）： 3110-3123.

26. 李杰.粘虫VgR基因的克隆、表达及功能鉴定［D］.临汾：山西师范大学， 2018.

27. 张俊杰，张雪，杜文梅，等.光周期对松毛虫赤眼蜂生长发育及繁殖的影响［J］.吉林农业大学学报，2019，41（1）：17-22.

28. Sappington T W， Kokoza V A， Cho W L， et al. Molecular characterization of the mosquito vitellogenin receptor reveals unexpected high homology to the Drosophila yolk protein receptor［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 1996， 93（17）： 8934-8939.

请点击下方二维码阅读期刊全文

期刊简介

《吉林农业大学学报》创刊于1979年，是吉林农业大学主办，由吉林省教育厅主管的农业综合类学术期刊，双月刊，国内外公开发行。《吉林农业大学学报》现为中国科学引文数据库（CSCD）收录期刊、北大核心期刊、中国科技核心期刊、中国核心学术期刊（RCCSE）A类期刊、中国农业工程领域高质量科技期刊分级目录T2级期刊、中国农业期刊集群创始成员刊、中国农业期刊最具传播力期刊。本刊已被《中国科学引文数据库》、《中文期刊全文数据库》、《中国科学技术期刊文摘（CSTA）数据库》、《中国学术期刊综合评价数据库》、《世界期刊影响力指数报告（WJCI）》、英国《国际农业与生物科学研究中心文摘》（CABI）、美国《化学文摘》(CA)、美国《农业文献题录》（B of A）、美国《国际药学文摘》（IPA）、英国《动物学记录》（ZR）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ）等20多种国内外著名检索刊物及文献数据库摘引和全文收录。主要刊登作物栽培、遗传育种、植物保护、生物工程、生物技术、资源与环境科学、园艺科学、药用植物、中药学、动物科学与动物医学、食品科学与工程、农业工程、信息技术等学科及相关交叉学科的学术论文和文献综述等。读者对象是广大的科技工作者、高等院校的教师与研究生等。