[发明专利]谷氨酸脱氢酶作为靶点在防治害虫中的应用

说明书

本发明属于生物技术领域，公开了谷氨酸脱氢酶作为靶点在防治害虫中的应用。本发明首次公开了谷氨酸脱氢酶作为靶点在防治害虫中的应用，通过过靶标基因筛选并结合CRISPR/Cas9技术敲除GDH，证明了谷氨酸脱氢酶对害虫生长发育的重要性。本发明在害虫中利用转基因CRISPR/Cas9技术成功获得了GDH基因突变体，GDH基因突变严重影响害虫正常生长发育，个体变小，幼虫期易感染病毒而死亡：GDH基因突变导致的幼虫期大量死亡可用于害虫防治。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及谷氨酸脱氢酶作为靶点在防治害虫中的应用。

背景技术

昆虫是动物界种类和数量最多的生物类群之一，由35个目组成。鳞翅目是昆虫第二大目，不仅包括家蚕(Bombyx mori)这一重要的经济性昆虫，也包括棉铃虫(Helicoverpaarmigera)，斜纹夜蛾(Spodoptera litura)，小菜蛾(Plutella xylostella)和松毛虫(Dendrolimus punctatus)等农林业害虫。针对这些害虫，传统的以化学农药为主的防治措施在杀灭害虫的同时对环境和其他生物造成了严重的危害，并且长期使用杀虫剂还会产生抗药性，因此提出一种既不污染生态环境又能有效防治鳞翅目害虫的手段是十分必要的。家蚕(Bmobyx mori)是鳞翅目的模式昆虫。家蚕除了具有模式生物的基本要素外，还有自身的特殊优势，例如基础研究历史悠久、多重测序数据和已实现人为控制等。家蚕作为现代生命科学研究的模式生物，已被应用到环境安全检测、抗菌药物筛选和人类疾病模型简历等多个方面，极大地推动了基础科学研究的发展。以模式昆虫家蚕为对象研究害虫防治，相关研究结果不仅能应用于害虫的检测及生物防治，而且能推广至益虫利用，使“益虫更益，害虫不害”，进而更好的开发利用昆虫资源。

谷氨酸脱氢酶(GDH)是一种六聚酶，可催化谷氨酸可逆转化为α-酮戊二酸和氨，同时将NAD(P)⁺还原为NAD(P)H。它存在于所有参与分解代谢和合成代谢反应的生物体中，是谷氨酸代谢的关键酶。由于其通过ADP激活和通过GTP失活的模式，并且α-酮戊二酸进入TCA循环可产生能量，这使得谷氨酸可取代葡萄糖作为能量来源，因而可以认为GDH在低能量供应状态下具有重要意义。GDH是能量和氨基酸代谢耦合的关键酶，在葡萄糖剥夺的条件下，它对谷氨酸和能量稳态的重要作用可能会增强。此外，由于它能够将谷氨酸的碳骨架汇集到TCA循环中，因此它是TCA循环中间体回补的一个组成部分。GDH的激活可以增加谷氨酸的氧化代谢，而谷氨酸是主要的兴奋性神经递质，被认为是大脑中的补充能量贡献者。

通过对多个代表性品系的家蚕和野蚕的重测序数据分析发现，这个基因是位于家蚕第六号染色体的一个被定位到家蚕茧丝产量相关的一个QTL基因。研究表明GDH敲除的转基因小鼠中枢神经系统中谷氨酸的代谢发生了变化；在培养的小鼠星形胶质细胞中，抑制GDH表达会导致TCA循环功能失调；脑GDH敲除的小鼠的下丘脑表现出能量剥夺状态，从而改变了整个身体的能量稳态。然而，人们对家蚕GDH的功能却了解很少。

发明内容

本发明第一方面的目的，在于提供谷氨酸脱氢酶作为靶点在防治害虫中的应用。

本发明第二方面的目的，在于提供谷氨酸脱氢酶抑制剂的应用。

本发明第三方面的目的，在于提供sgRNA。

本发明第四方面的目的，在于提供编码本发明第三方面的sgRNA的核酸分子。

本发明第五方面的目的，在于提供包含本发明第四方面的核酸分子的表达盒、载体或转基因细胞系。

本发明第六方面的目的，在于提供本发明第三方面的sgRNA、本发明第四方面的核酸分子、本发明第五方面的表达盒、载体或转基因细胞系的应用。

本发明第七方面的目的，在于提供一种CRISPR/Cas9系统。

本发明第八方面的目的，在于提供一种防治害虫的方法。