桔小实蝇雌虫性信息素合成通路研究

发布时间：2017-10-19 01:14

  本文关键词：桔小实蝇雌虫性信息素合成通路研究

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【摘要】：昆虫性信息素是由特殊腺体分泌的极微量化学物质,可以强烈引诱同种异性个体,促进同种交配。目前已经有上百种昆虫完成了信息素组分的鉴定,但是关于性信息素生物合成途径的研究却少有报道,且主要集中在鳞翅目昆虫。已知昆虫的性信息素主要是对脂肪酸代谢产物或植物源化合物进一步修饰而获得的,这一系列的修饰是在组织特异表达的酶类催化下完成的,而近期兴起的高通量测序以及差异表达分析加速了我们对性信息素合成酶基因的鉴定。桔小实蝇Bactrocera dorsalis(Hendel)是国际上重要蔬菜水果害虫,性成熟雌虫可以通过直肠腺(females rectal gland,FRG)合成、释放性信息素引诱雄虫前来交配,目前已知桔小实蝇雌虫性信息素组分中包含三种螺缩醛化合物,螺缩醛的生物合成途径在其他实蝇昆虫中已有报道,但在桔小实蝇中的合成机制尚不清楚,为了探明桔小实蝇性信息素合成代谢的分子机制,本研究利用高通量测序对性成熟(羽化15d)和未性成熟(羽化2d)桔小实蝇雌虫的直肠腺进行了转录组测序,构建了一个直肠腺基因数据库,鉴定到大量与性信息素合成、转运、降解相关的基因,这些结果为研究桔小实蝇雌虫性信息素合成通路以及发展种特异的害虫防控策略提供了重要基础。本论文主要研究结果如下:1)桔小实蝇雌虫直肠腺转录组测序概况通过Illumina Hi Seq 2500测序和转录本拼接,共获得42987个Unigenes。将得到的Unigenes进行七大数据库注释,注释率最高的为NR数据库,注释条数为16300个;注释率最低的为KOG数据库,5701个得到注释,综合所有数据库,19039个Unigenes得到了注释。NR注释结果中unigene的同源性分布主要集中在地中海实蝇Ceratitis capitata(Wiedemann)。基因表达分析中2d直肠腺和15d直肠腺样品间相关系数为0.697,两个样本间共有570个差异表达基因,Bd F15和Bd F2样品相比,有240个基因发生了显著上调表达,上调基因的GO富集分析以及KEGG富集分析表明上调表达基因主要与产卵、内分泌、次生代谢物合成以及多酮类化合物和萜类化合物的代谢等过程相关。2)桔小实蝇性信息素合成、转运、降解相关基因的鉴定经过对转录组注释信息的关键词检索以及Nr重注释,我们鉴定到209个与性信息素合成相关的候选基因(主要包括23个GPCRs、2个ACCs、2个FASs、9个Dess、11个FATs、5个ECHs、6个SDRs、17个Lips、90个CYP450s、12个FARs、3个FATPs),56个化学感受基因(包括23个OBPs,3个CSPs,3个ORs,8个GRs,16个IRs,3个SNMPs),63个性信息素降解酶基因(主要包括15个ESTs、8个CXEs、5个AOXs、9个ADHs、11个GSTs、1个UGTs)。在直肠腺表达的G蛋白偶联受体(GPCR)可能在调控性信息素合成或其他生殖过程中发挥着关键作用,但鉴定到的23个G蛋白表达量均较低,且功能注释不够详细;c34235_g2和c34235_g1基因编码乙酰辅酶A羧化酶(ACC),c11719_g1和c26894_g1基因编码脂肪酸合成酶(FAS),这两种酶主要参与脂肪酸合成,乙酰辅酶A羧化酶参与脂肪酸合成的第一步反应,是脂肪酸合成的限速酶;去饱和酶(DES)、脂肪酰辅酶A还原酶(FAR)、细胞色素氧化酶(CYP450)是对长链脂肪酸进行化学修饰合成性信息素重要的酶,系统发育分析桔小实蝇两个DES基因c26961_g2、c27783_g1与黑腹果蝇Drosophila melanogaster desat1、desat2、desat F聚为一支,可能参与了表皮长链碳氢化合物(CHCs)的形成;FAR基因c33429_g3与鳞翅目pg FAR聚为一支,可能在桔小实蝇性信息素合成过程中发挥关键作用。3)桔小实蝇性信息素合成、转运、降解相关基因的表达分析以FPKM值统计桔小实蝇性信息素合成、转运、降解相关基因的表达情况,对15d显著上调表达的基因进行q RT-PCR和RT-PCR验证,结果表明2个OBPs基因c25787_g1、c26728_g1在15d FRG显著上调表达,1个OBP基因c26993_g1在15d FRG中特异表达,这三个OBPs可能参与性信息素的体内运载和释放,通过同源建模构建3个OBPs的三维结构,并与螺缩醛化合物进行分子对接,均表现出良好的结合性能;1个脂肪酶基因c34547_g1在15d FRG显著上调表达,可能在性信息素合成过程中起着水解三酰基甘油释放前体化合物-脂肪酸的作用;1个去饱和酶基因c33906_g1在15d FRG上调表达且具有一定的组织特异性,可能在性信息素合成过程中发挥着特异的去饱和作用;4个CYP450基因在15d FRG中特异表达,可能在性信息素特别是螺缩醛的合成过程中催化单加氧反应以及C-C键断裂脱羧基的反应;此外还有4个性信息素降解酶基因(1个UGT基因c32069_g1,3个CXE基因c29235_g1、c25036_g1、c33846_g1)在15d FRG显著上体表达,且c25036_g1、c33846_g在15d FRG特异表达,可能参与性信息素的降解。4)桔小实蝇雌虫性信息素组分螺缩醛的生物合成通路最后,我们根据之前的研究报道构建了桔小实蝇雌虫体内螺缩醛的生物合成通路,首先性信息素合成通路被PBAN激活后,脂肪酶催化三酰基甘油水解释放脂肪酸化合物;脂肪酸经历若干次β氧化,并在CYP450的作用下发生2个单加氧反应及脱羧基反应,生成中间体化合物;中间体化合物再经历还原、倒数第二个C原子羟基化、环化作用生成最终的螺缩醛化合物。
【关键词】：桔小实蝇 性信息素 螺缩醛 生物合成
【学位授予单位】：仲恺农业工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S433
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 前言11-24
• 1.1 昆虫信息素介绍11-19
• 1.1.1 信息素调控的昆虫行为反应12
• 1.1.2 昆虫信息素的化学结构12-13
• 1.1.3 昆虫性信息素的调控13-14
• 1.1.4 昆虫信息素的生物合成14-18
• 1.1.5 昆虫信息素在农业生产中的应用18-19
• 1.2 实蝇类昆虫信息素研究进展19-20
• 1.3 螺缩醛的介绍与生物合成20-21
• 1.4 研究依据及研究内容21-24
• 1.4.1 立题依据21-23
• 1.4.2 研究内容23-24
• 第二章 桔小实蝇雌虫直肠腺转录组分析24-42
• 2.1 材料与方法24-28
• 2.1.1 直肠腺cDNA文库构建和HiSeq2500测序24-26
• 2.1.2 桔小实蝇直肠腺转录组的生物信息学分析26-28
• 2.2 结果与分析28-40
• 2.2.1 Total RNA样品检测及cDNA文库构建28-29
• 2.2.2 测序质量汇总及序列组装29-30
• 2.2.3 桔小实蝇直肠腺unigenes的功能注释30-36
• 2.2.4 差异基因表达水平分析36-38
• 2.2.5 差异基因GO富集分析和KEGG富集分析38-40
• 2.3 总结与讨论40-42
• 第三章 桔小实雌虫直肠腺性信息素合成、转运相关基因的鉴定42-86
• 3.1 材料与方法42-44
• 3.1.1 桔小实蝇性信息素合成基因的鉴定42-43
• 3.1.2 桔小实蝇直肠腺化学感受基因的鉴定43-44
• 3.1.3 桔小实蝇直肠腺性信息素降解基因的鉴定44
• 3.1.4 桔小实蝇直肠腺性信息素合成、转运基因的系统发育分析44
• 3.2 结果与分析44-83
• 3.2.1 桔小实蝇性信息素合成信号分子基因的鉴定44-45
• 3.2.2 桔小实蝇性信息素合成酶基因的鉴定45-55
• 3.2.3 桔小实蝇其他分子功能基因的鉴定55-69
• 3.2.4 桔小实蝇雌虫直肠腺化学感受基因的鉴定69-75
• 3.2.5 桔小实蝇雌虫气味降解酶基因的鉴定75-83
• 3.3 总结与讨论83-86
• 第四章 桔小实雌虫直肠腺性信息素合成、转运等相关基因的表达分析86-114
• 4.1 材料与方法86-90
• 4.1.1 供试昆虫与主要试剂仪器86
• 4.1.2 转录组水平的基因表达分析86
• 4.1.3 RNA提取与cDNA模板构建86-88
• 4.1.4 基因表达分析、RT-PCR和qRT-PCR88-90
• 4.1.5 桔小实蝇OBP的三维结构以及与性信息素的分子对接90
• 4.2 结果与分析90-112
• 4.2.1 RNA提取与cDNA模板验证90-91
• 4.2.2 桔小实蝇性信息素合成、转运、降解相关基因的表达分析91-106
• 4.2.3 桔小实蝇直肠腺高表达OBP蛋白的三维结构以及分子对接106-111
• 4.2.4 桔小实蝇雌虫性信息素组分螺缩醛的生物合成通路111-112
• 4.3 总结与讨论112-114
• 第五章 结论与展望114-117
• 致谢117-118
• 参考文献118-125
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果125-126
• 附件126-127

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本文编号：1058201