白背飞虱<italic style="font-style: italic">ttk</italic>结构特点及在若虫中的表达

杨梅; 冯博; 王方海

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E019

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白背飞虱ttk结构特点及在若虫中的表达

研究论文 | 更新时间：2023-11-01

- 白背飞虱ttk结构特点及在若虫中的表达
- The ttk gene structural characteristics of Sogatella furcifera and its expression level in nymphs
- 角色： First author , 第一作者 ,
  
  机构：
  有害生物控制与资源利用国家重点实验室 / 中山大学生命科学学院，广东广州 510275
  
  邮箱： fengb27@mail2.sysu.edu.cn
  
  简介：杨梅（1997年生），女；研究方向：昆虫生物化学与分子生物学；E-mail：fengb27@mail2.sysu.edu.cn
  
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  杨梅
  ，
  角色：
  
  机构：
  有害生物控制与资源利用国家重点实验室 / 中山大学生命科学学院，广东广州 510275
  
  邮箱：
  
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  冯博
  ，
  角色： Corresponding author , 通讯作者 ,
  
  机构：
  有害生物控制与资源利用国家重点实验室 / 中山大学生命科学学院，广东广州 510275
  
  邮箱： lsswfh@mail.sysu.edu.cn
  
  简介：王方海（1965年生），男；研究方向：昆虫生物化学与分子生物学；E-mail：lsswfh@mail.sysu.edu.cn
  
  暂无本作者相关信息
  王方海
  ，
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2023年62卷第2期页码：47-50
- 作者机构：
  
  有害生物控制与资源利用国家重点实验室 / 中山大学生命科学学院，广东广州 510275
- 作者简介：
  
  杨梅（1997年生），女；研究方向：昆虫生物化学与分子生物学；E-mail：fengb27@mail2.sysu.edu.cn
  王方海（1965年生），男；研究方向：昆虫生物化学与分子生物学；E-mail：lsswfh@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  广东省自然科学基金(2021A1515012402);广州市科技计划项目(202002030019)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E019
  中图分类号： Q965
- 纸质出版日期：2023-03-25，
  
  网络出版日期：2022-11-08，
  
  收稿日期：2022-07-08，
  
  录用日期：2022-08-05
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杨梅,冯博,王方海.白背飞虱ttk结构特点及在若虫中的表达[J].中山大学学报(自然科学版),2023,62(02):47-50.

YANG Mei,FENG Bo,WANG Fanghai.The ttk gene structural characteristics of Sogatella furcifera and its expression level in nymphs[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2023,62(02):47-50.
杨梅,冯博,王方海.白背飞虱ttk结构特点及在若虫中的表达[J].中山大学学报(自然科学版),2023,62(02):47-50. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E019.

YANG Mei,FENG Bo,WANG Fanghai.The ttk gene structural characteristics of Sogatella furcifera and its expression level in nymphs[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2023,62(02):47-50. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E019.

摘要

ttk基因转录产物为重要的转录因子，可以调控生物体的发育、分化、性行为等。本研究从自建的转录组数据库中比对到一条来源于白背飞虱（Sogatella furcifera）ttk的cDNA序列，全长为1 657 bp，其开放阅读框序列为1 377 bp，编码由458个氨基酸组成的蛋白质，具有典型的BTB结构域和锌指结构。系统进化树显示白背飞虱ttk与六星灯蛾（Zygaena filipendulae）、温带臭虫（Cimex lectularius）和褐飞虱（Nilaparvata lugens）的同源性较近。定量检测结果显示，ttk在1龄若虫期含量较高，2龄则下降到较低的水平，从3龄开始，随着龄期的增长，表达量则逐渐增加，到5龄若虫时，ttk表达量是3龄若虫的2倍多。这是第一次详细报道白背飞虱ttk基因的结构和表达水平，为今后进一步研究该基因的具体生物学功能提供了基础。

译

Abstract

Tramtrack（ttk） gene transcription products are important transcription factors， which can regulate the development， differentiation and sexual behavior of organisms. In this study， a 1 657 bp cDNA sequence of ttk was identified from the transcriptome database of Sogatella furcifera. The open reading frame is 1 377 bp in length and encodes a protein composed of 458 amino acids. It has a typical BTB domain and a zinc finger structure. The phylogenetic tree shows that ttk of S. furcifera is closely homologous to that of Zygaena filipendulae， Cimex lectularius and Nilaparvata lugens. Quantitative detection results showed that the transcriptional level of ttk was higher in the 1st instar nymphs， but decreased to a lower level in the 2nd instar nymphs. From the 3rd instar， ttk expression increased gradually with instar growth， and at the 5th instar nymphs， ttk expression was more than twice as high as that in the 3rd instar nymphs. This is the first in detail investigation on ttk gene structure of white backed planthopper， and the results provide a foundation for further and function and regulation study of ttk gene， in the growth and development of rice planthopper in the future.

译

关键词

tramtrack（ttk）; 白背飞虱（Sogatella furcifera）; 若虫; 基因表达

译

Keywords

tramtrack（ttk）; Sogatella furcifera; nymph; gene expression

译

ttk为tramtrack的简写，最早是在果蝇中发现的（

Harrison et al.，1990），该基因转录产物为重要的转录因子，含有典型的锌指模体结构，其N末端则带有BTB结构域（broad-complex、tramtrack、bric-a-brac），也称为POZ（poxvirus and zinc finger）结构域。POZ结构域由120个左右，且多数为疏水性的氨基酸组成，其三维空间结构由4段α螺旋和连接螺旋间的β折叠组成，为能与其他蛋白发生相互作用的典型特征性结构体（Albaglio et al.， 1995； Siggs et al.， 2012）。POZ结构域不但可以参与形成同源二聚体和蛋白质互作，也能改变染色质的结构，引起某些基因的激活或抑制（Bonchuk et al.， 2011； Chaharbakhshi et al.， 2016）。目前该类基因已发现多种，功能多样，对于有机体的发育、分化、性行为等过程的调节具有相当重要的作用。如研究发现在果蝇中该基因参与神经系统的分化（Simon et al.， 2019； Wohl et al.， 2020）、调节卵泡成熟及排卵（Knapp et al.， 2019）、参与雄性求偶行为调节（Sato et al.， 2019；Ishii et al.， 2020）等。随着测序技术的不断发展，已测定和发布的昆虫类基因组序列愈来愈多，导致许多昆虫ttk基因被发现（Cheng et al.， 2014； Huang et al.， 2019），但除了果蝇之外，其他昆虫中有关ttk基因的结构和功能则研究报道的很少，特别在水稻害虫中，该类基因的结构和功能都是未知，有待研究。

译

白背飞虱（Sogatella furcifera）为水稻重要害虫，属昆虫纲、半翅目、飞虱科（

Ali et al.， 2017）。名称源于其成虫的前胸背板以及中胸背板都为白色（唐楠， 2017）。生活史由卵期、1至5龄的若虫期和成虫期3个阶段组成，成虫有翅二型现象。我们首先测定获得了白背飞虱的转录组数据，从中搜索比对到白背飞虱ttk基因cDNA序列，然后具体分析白背飞虱ttk的结构特点，并采用荧光定量PCR方法测定了ttk在5个不同龄期的若虫体内的表达水平。研究结果有助于加深对农业害虫ttk基因的结构特点和表达水平的了解，为进一步研究ttk在水稻害虫中的生物学功能打下前期基础。

译

1 材料与方法

1.1　材料

白背飞虱采自广州周边的水稻田，在实验室条件下［温度（28±2） ℃、相对湿度70%、光周期为16 h光照∶8 h黑暗］。已连续饲养繁殖多代。选取不同龄期的若虫各10头，冻存在-80 ℃的冰箱中待用。

译

我们以白背飞虱为材料测序获得的转录组数据在NCBI的登录号为SRP192671。根据注释，在转录组数据中找到包含有白背飞虱 ttk 基因的序列片段，序列号c53168_c4_g1_i3，长度为1 657 bp。

译

1.2　开放阅读框分析

ttk的开放阅读框序列使用NCBI 的 ORF finder（https：//www. ncbi. nlm. nih. gov/orffinder/）网上软件进行分析。

译

1.3　同源序列验证和进化树图谱

通过BLAST工具搜索白背飞虱ttk的同源序列，并使用Mega 7软件通过NJ法绘制进化树图谱。

译

1.4　预测保守结构域

白背飞虱ttk的保守结构域的预测是基于NCBI的网上保守结构域数据库进行的。具体网址为：https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi。

译

1.5　定量PCR

从各个龄期若虫样品中利用 Trizol 试剂盒提取总RNA，然后按照反转录试剂盒PrimeScript™ RT Master Mix（TaKaRa，日本）的说明书指引进行cDNA的反转录合成，接着使用软件Primer Premier 5. 0设计ttk的特异引物

译

F：TCCTGGTTTGAAATCCCTT，

译

R：CAACTCACCATCGCACAAT，

译

内参基因为β-actin（NCBI的登录号为NC_004354.4），实验采用SYBR green qRT-PCR方法，重复3次。使用2^-ΔΔCt法处理实验结果，SPSS 26软件进行统计分析。

译

2 结果与分析

2.1　开放阅读框在线分析

对包含ttk序列的白背飞虱c53168_c4_g1_i3片段进行开放阅读框在线分析。结果表明，共发现16个开放阅读框，其中最大的一个开放阅读框长度为1 377 bp，编码458个氨基酸（图1）。

译

图1 ttk基因的开放阅读框预测

Fig.1 Open reading frame prediction of ttk gene

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2.2　同源序列的验证

结果表明白背飞虱 ttk 基因的开放阅读框序列与许多昆虫的ttk序列同源度较高，且和相近的水稻害虫褐飞虱的同源性最高。对来源于15种昆虫的 ttk蛋白序列，用Mega 7进行同源度相关分析（表1），白背飞虱与六星灯蛾（Zygaena filipendulae）、温带臭虫（Cimex lectularius）和褐飞虱（Nilaparvata lugens）等有较高的同源度。构建出的进化树中显示出不同昆虫来源的TTK比较保守，且亲缘关系最近的是白背飞虱和六星灯蛾的TTK（图2）。

译

表1 不同物种TTK的氨基酸登录号

Table 1 TTK accession numbers of amino acid from different species

学名	登录号
Nilaparvata lugens	XM_039439950.1
Cimex lectularius	XM_014388728.2
Phalera bucephala	LR990617.1
Chelonus insularis	XM_035092273.1
Clostera curtula	FR997798.1
Brenthis ino	OV170223.1
Fabriciana adippe	FR989984.1
Helicoverpa armigera	XM_021336800.1
Helicoverpa zea	XM_047182814.1
Boloria selene	HG993133.1
Nymphalis io	LR989897.1
Vanessa atalanta	XM_047686211.1
Hydriomena furcata	OU538826.1
Vanessa atalanta	LR990551.1
Zygaena filipendulae	OU015651.1

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图2 白背飞虱ttk系统发育树分析

Fig.2 Phylogenetic analysis of ttk of Sogatella furcifera and other homologous sequences from insects

白背飞虱ttk所在位置用▲标识。

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2.3　保守结构域的分析

结果发现白背飞虱ttk含有典型的锌指模体结构和BTB结构域，即具有ttk的典型特征（图3）。

译

图3 白背飞虱ttk的保守结构域

Fig.3 The conserved domains of ttk gene of Sogatella furcifera

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2.4　ttk的若虫表达水平

在白背飞虱中，ttk在1龄若虫期含量较高，2龄则下降到较低的水平，且差异达到显著水平。从3龄开始，随着龄期的增长，表达量也逐渐增加，到5龄若虫时，ttk表达量达到较高水平，是3龄若虫的2倍多（图4）。

译

图4 ttk基因在若虫期的表达水平

Fig.4 The expression level of ttk genes at nymph stage

数值以平均值±标准差表示（n=3），不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。

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3 讨论

本研究首先测定获得了白背飞虱转录组数据，并从中搜索比对到相应的白背飞虱ttk 的 cDNA 序列，进一步采用开放阅读框分析，获得的开放阅读框序列全长1 377 bp，编码的蛋白质由458个氨基酸组成，包含有ttk的典型结构：BTB结构域和锌指结构。BTB结构域定义了一个基因家族，主要位于锌指蛋白的N末端，并且在从果蝇到哺乳动物的进化上是保守的（

Zollman et al.， 1994）。系统进化树显示白背飞虱ttk与六星灯蛾、温带臭虫、褐飞虱等有较高的同源性。这是第一次详细报道白背飞虱 ttk基因的结构，有助于加深对农业害虫ttk 基因的结构特点和表达水平的了解，为进一步研究ttk在水稻害虫中的生物学功能打下前期基础。

译

定量PCR检测表明ttk在白背飞虱1龄若虫期含量较高，2龄则下降到较低的水平，从3龄开始，随着龄期的增长，表达量则逐渐增加。为何ttk在白背飞虱1龄若虫期含量较高？由于雌成虫中有许多基因大量表达并输送到卵中储存和发挥作用（

杨梅等，2020），故我们推测白背飞虱卵中存有大量母源的ttk表达的mRNA，且到1龄若虫时，这些mRNA还远未耗尽，故能在1龄若虫期检测到较高的ttk表达水平。具体情况还有待实验进一步证实。

译

参考文献

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摘要

ttk

基因转录产物为重要的转录因子，可以调控生物体的发育、分化、性行为等。本研究从自建的转录组数据库中比对到一条来源于白背飞虱（

Sogatella furcifera

）

ttk

的cDNA序列，全长为1 657 bp，其开放阅读框序列为1 377 bp，编码由458个氨基酸组成的蛋白质，具有典型的BTB结构域和锌指结构。系统进化树显示白背飞虱

ttk

与六星灯蛾（

Zygaena filipendulae

）、温带臭虫（

Cimex lectularius

）和褐飞虱（

Nilaparvata lugens

）的同源性较近。定量检测结果显示，

ttk

在1龄若虫期含量较高，2龄则下降到较低的水平，从3龄开始，随着龄期的增长，表达量则逐渐增加，到5龄若虫时，

ttk

表达量是3龄若虫的2倍多。这是第一次详细报道白背飞虱

ttk

基因的结构和表达水平，为今后进一步研究该基因的具体生物学功能提供了基础。

Abstract

Tramtrack（

ttk

） gene transcription products are important transcription factors， which can regulate the development， differentiation and sexual behavior of organisms. In this study， a 1 657 bp cDNA sequence of

ttk

was identified from the transcriptome database of

Sogatella furcifera

. The open reading frame is 1 377 bp in length and encodes a protein composed of 458 amino acids. It has a typical BTB domain and a zinc finger structure. The phylogenetic tree shows that

ttk

S. furcifera

is closely homologous to that of

Zygaena filipendulae

，

Cimex lectularius

and

Nilaparvata lugens

. Quantitative detection results showed that the transcriptional level of

ttk

was higher in the 1st instar nymphs， but decreased to a lower level in the 2nd instar nymphs. From the 3rd instar，

ttk

expression increased gradually with instar growth， and at the 5th instar nymphs，

ttk

expression was more than twice as high as that in the 3rd instar nymphs. This is the first in detail investigation on

ttk

gene structure of white backed planthopper， and the results provide a foundation for further and function and regulation study of

ttk

gene， in the growth and development of rice planthopper in the future.

关键词

tramtrack（ttk）白背飞虱（Sogatella furcifera）若虫基因表达

Keywords

tramtrack（ttk）Sogatella furciferanymphgene expression

references

唐楠， 2017. 白背飞虱基因组测序及其受南方水稻黑条矮缩病毒侵染的转录组分析［D］. 合肥：中国科学技术大学.

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