转基因昆虫被认为是继转基因微生物和转基因植物之后,又一个可以提供工业平台的分子生物技术前沿领域。昆虫转基因最有效的方法是向昆虫新产的卵内注射转座子载体携带的DNA(基因)。在模式昆虫(果蝇)之外,目前使用最有效的载体是piggyBac转座子构建的载体。但这种转座子在昆虫中具有广泛的宿主,而宿主昆虫对其转座活性均表现出很高的抗性,使得外源转基因操作很难成功,这已成为开发转基因昆虫的关键限制因素。本研究拟在现有工作的基础上,通过进一步调查piggyBac在鳞翅目重要害虫中的宿主范围,利用宿主和非宿主害虫,以绿色荧光蛋白为报告基因,通过体外培养细胞的质粒转移、注射基因后卵、幼虫、成虫及其子代表达的比较分析,研究宿主昆虫对piggyBac转座子转座活性的控制机理,为建立高效的昆虫转基因技术提供理论依据。
PiggyBac是昆虫转基因使用最广泛的II型转座子,由Cary等(1989)从粉纹夜蛾中分离获得(FP2)。随后发现这类基因在生物界广泛分布,但很少发现具有活性的完整转座子。因此,至今国际上使用的PiggyBac转基因介体均来自FP2。本项目试图在昆虫中寻找具有活性的新PiggyBac基因,探索宿主体内PiggyBac丧失活性的机理,以便为开发适用范围更广的高效PiggyBac转基因技术体系提供新的转座子和理论依据。项目组首先与Miller教授合作探索了PiggyBac的剪切和转座活性的测定方法(已标注发表);随后利用基因检测技术对20多种鳞翅目害虫进行了检测,并从5种害虫中,利用反向PCR技术克隆获得了7个不同的PiggyBac全长基因,经过序列分析和转座活性测定,确定了3种是具有转座活性的完整基因(已标注发表1个);同时通过对不同转座子基因的序列和活性的对比分析,发现亚末端反向重复序列、末端反向重复序列、剪切位点的改变,是导致PiggyBac丧失转座活性的主要原因。项目组较好地完成了计划任务,发现了新的活性转座子,揭示了大量非活性转座子的形成机理,推动了该领域的进一步深入研究。