生物钟基因对异色瓢虫的节律与生殖滞育的影响

发布时间：2020-05-25 23:16

【摘要】：异色瓢虫属于鞘翅目瓢甲科,完全变态昆虫;由于其具有适应性强、繁殖力强、寿命长、食性广和取食量大等特点,常常被作为捕食性天敌昆虫应用在生物防治的众多领域。在自然界中,异色瓢虫在秋冬季节感知到外界环境的变化后会产生滞育现象,从而达到趋利避害、安全越冬的目的。在实验室内也可以通过模仿秋冬的环境条件,给予异色瓢虫低温和短光照的条件,诱导使其滞育。人为调控异色瓢虫滞育具有重要的应用价值,但对于滞育过程的信号传导和产生机制,尚不完全明确。光周期和温度变化是刺激异色瓢虫产生滞育的重要外部因素。外界环境的变化,尤其是光周期的变化,主要依靠生物钟来感知和响应。生物钟通过直接调控下游生理系统,参与并驱动着从基因表达到个体行为的一系列节律反馈过程。异色瓢虫的滞育行为也正是由生物钟调控的。外界的光周期信号如何转换为激素信号,进而导致相关部分的发育变化,最终表现出滞育行为层面的变化,这些问题目前还未有人对此进行相关的研究报道。我们就上面的问题展开了研究试验。首先通过对异色瓢虫雌成虫生殖系统的解剖和Vg定量,研究了在20℃条件下,处于长光周期和短光周期的雌性异色瓢虫的在发育层面的具体差异;然后通过转录组测序技术,对饲养在长光周期和短光周期条件下的异色瓢虫雌成虫一个完整的昼夜节律进行取样,并进行转录组测序,由此得到了五类生物钟基因在长短光周期条件下的表达量日节律;最后,通过对不同光周期的转录组样本之间的差异表达基因的筛选,找到了可能在生物钟信号到激素信号转换过程中发挥作用的基因,并对其进行了定量PCR验证,为后面的基因功能验证打好了基础。通过以上研究,我们取得了如下研究结果:1.20℃条件下,通过解剖发现:处于长光周期的雌性异色瓢虫在羽化后第6天呈现出卵巢发育的迹象,第9天在卵巢小管中就有发育成熟的卵粒了,而处于短光周期的雌性异色瓢虫在羽化后第15天才呈现出卵巢发育的迹象。通过对Vg的定量PCR发现:在长光周期条件下,异色瓢虫雌成虫的Vg表达量逐日上升,也就是卵黄原蛋白的积累量逐日递增,而短光周期条件下雌性异色瓢虫的卵黄原蛋白的积累并不像是长光周期下的逐日递增,而是呈现出一种先上升后下降再上升的趋势。2.通过转录组测序发现:五大类生物钟基因中,无论长短光周期,period和timeless会在夜间的表达量较高,而cycle、clock和cryptochrome 2会在白天的表达量较高。3.通过对不同光周期的转录组样本之间的差异表达基因的筛选,我们找到了在神经信号传导过程中用于在不同细胞间转运多巴胺的VMAT(囊泡单胺转运体),发现其可能在在生物钟信号到激素信号转换过程中发挥作用。综上,我们研究得到了在20℃条件下,处于长光周期和短光周期的雌性异色瓢虫的在发育层面的具体差异;又得到了五类生物钟基因在长短光周期条件下的表达量日节律;并筛选出了可能在生物钟信号到激素信号转换过程中发挥作用的VMAT基因。这些将为推进异色瓢虫的滞育机理的明晰奠定良好的基础,也为异色瓢虫的饲养与应用提供了滞育方面的理论参考。
【图文】：

生物钟基因,分子机制,果蝇,协同作用

第一章文献综述物钟基因及其分子调控机制因表达到个体行为的一系列节律过程都是由生物钟驱动的。生物参与生物钟功能的核心部分。尽管生物钟基因的组成在不同生在协同作用的分子机制上，所有生物的生物钟是相似的（Tata我们对昆虫生物钟的认识主要来自果蝇的遗传和分子研究。生组成部分是一个分子反馈回路，涉及多个基因。以果蝇为例，CLE （CYC）形成的异质二聚体会促进 period （per）和 timel物钟基因连锁反馈环相关因子（clockwork orange [cwo]，Par-vrille [vri]，clock-controlled genes [ccg] 等）的转录，，PER 和 T异质二聚体，PER/TIM 二聚体会进入细胞核，并促进 CLK/C而抑制 CLK/CYC 二聚体的活力，降低其与 DNA 的亲和力。CHROME

异色瓢虫,龄期,中输卵管

图 2-1 20 ℃时异色瓢虫各个龄期的生育历期Fig. 2-1 The length of each stage of H. axyridis at 20 ℃2.3.2 通过解剖的方式得到的长短光周期下异色瓢虫的卵巢发育情况统计如下图所示，异色瓢虫雌成虫的生殖系统包括一对卵巢、两根侧输卵管及一根开口于生殖孔的中输卵管，中输卵管的后端连接着由体壁内陷形成的交配囊、一个用于接受和储存精子的受精囊和一对能分泌卵的保护物质的黏腺。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S476.2

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