[发明专利]ABC转运蛋白基因ABCH1及其特异性dsRNA在小菜蛾防治和Bt抗性治理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及小菜蛾ABC转运蛋白基因及其特异性dsRNA在害虫防治和Bt抗性治理中的应用。

背景技术

农业害虫每年都在世界范围内严重危害农作物并引起巨大的经济损失。农业害虫的防治长期依赖化学杀虫剂，然而，化学杀虫剂的长期使用影响了非靶标生物的存活并导致了害虫抗药性、环境污染等一系列问题严重危害人类身体健康。虽然已有生物杀虫剂如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)等被应用于害虫防治中，但是其作用时间通常比较长且杀虫效果缓慢，推广面积较小。目前，Bt转基因抗虫作物（Bt作物）被认为是替代化学农药防治害虫的首选方法，且其2013年在世界范围内的推广面积已超过7500万公顷(James, 2013)。然而，最近田间检测结果显示多种害虫已对Bt作物产生了抗性(Tabashnik et al., 2011; Tabashnik et al., 2013)。因此，随着社会的不断发展，人们迫切需要更新型的害虫防治方法来结合或替代Bt作物实现现代农业的可持续发展。

RNA干扰(RNA interference, 简称RNAi)是一种由双链RNA(double-stranded RNA, 简称dsRNA)分子引起的转录后水平特异性基因沉默现象。RNA干扰发现后迅速成为了21世纪以来的十大热门科技之一并极大地促进了生物基因功能的研究，因此，该技术于2006年获得了诺贝尔生理及医学奖。令人兴奋地是，Nature Biotechnology杂志在2007年先后发表两篇著名的SCI论文表明可以利用转基因技术表达靶标害虫致死基因的dsRNA来控制害虫，从而开辟了利用RNA干扰技术防治田间害虫的新方法(Baum et al., 2007; Mao et al., 2007)。随后，在2008年，Price和Gatehouse提出了基于RNAi的害虫防治方法并讨论了该方法的优势：(1)特异性干扰害虫专一基因，对高等动物和人类安全；(2)杀虫具有专一性，对非靶标生物安全；(3)对环境无毒无害。目前，基于RNA干扰的害虫防治研究领域发展非常迅速，给现代农业生产带来了新的科技革命的希望。然而，尽管基于RNA干扰的害虫防治新方法具有很大优势，实现基于RNA干扰的害虫有效治理的关键是筛选出合适的对害虫高效致死的靶标基因。

昆虫的ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter, 简称ABC transporter)基因超家族共包括ABCA-ABCH这8个亚家族，每个亚家族又包括多个基因，不同亚家族的基因具有不同的生物学功能。其中，ABCH亚家族是一个比较特殊的ABC转运蛋白亚家族，它只存在于无脊椎动物和脊椎动物硬骨鱼类中，高等动物和人类中没有该ABC转运蛋白亚家族的基因。ABCH1基因是ABCH亚家族中的一个基因，它可以参与昆虫的脂质转运等重要的生物学过程，本研究发现昆虫缺失该基因的表达后表现为明显的致死表型。由于高等动物和人类中并没有该ABC转运蛋白基因，故对该基因进行RNA干扰是非常安全的。由于该基因编码蛋白的跨膜结构域部分在不同昆虫中分化较大，因此可以在该区域设计特异性的dsRNA进行专一的害虫防治而不影响其他非靶标昆虫。更重要的是，我们研究发现该基因与昆虫Bt抗性无关，在Bt Cry1Ac杀虫蛋白抗性昆虫中对该基因进行RNA干扰后同样表现出明显的致死表型，这表明该基因可以同时用于昆虫防治和Bt抗性治理。

因此，以害虫关键生理功能基因ABCH1作为基于RNA干扰的害虫防治和Bt抗性治理的分子靶标，通过转基因技术抑制靶标害虫该基因表达的害虫防治新策略具有明显的商业价值和应用前景。

发明内容

针对以上现有化学防治技术存在的各种问题，本发明的目的是提供一种昆虫ABC转运蛋白基因ABCH1的序列及其dsRNA在防治小菜蛾和治理小菜蛾Bt抗性中的应用，相对于传统的化学防治技术，该技术具有高效低毒、安全可靠的优点。