黏虫Mythimna separata性信息素受体及神经的功能研究

发布时间：2020-04-28 10:12

【摘要】：昆虫的行为反应与嗅觉感受密切相关,主要依据触角上的嗅觉感觉毛感受外界挥发性化合物,其上表达着多类嗅觉受体,可以识别外界化学信号,转换为电信号后传递至更高级的中枢神经系统。在鳞翅目中,雄蛾可以远距离地感受雌蛾释放的性信息素,识别求偶信号进而交配繁衍后代。研究昆虫编码性信息素的神经和分子机制,对于筛选和研发更高效的昆虫行为调控剂具有重要的科学指导意义。本研究以黏虫(Mythimna separata)为研究对象,测试了雄蛾与雌蛾对性信息素组分及类似物的触角电位反应;利用单细胞记录技术,根据对测试气味的不同反应,鉴定出雄蛾长毛形感器的不同功能亚型,明确了感受性信息素的主要嗅觉受体神经元;根据触角转录组测序结果,鉴定和克隆了6个性信息素受体基因,通过爪蟾卵母细胞体外表达系统结合双电极电压钳技术记录研究了受体功能,主要结果如下:1.本研究选取了黏虫7种性信息素组分及类似物,分别测试了黏虫雄蛾和雌蛾的触角电位反应。结果显示,雄蛾触角对主要性信息素成分Z11-16:Ald有强烈的电生理反应,其次是类似物Z9-14:Ald,对次要组分Z9-16:Ald反应较小。雌蛾对供试性信息素组分及类似物反应均较小。其中,雄蛾对Z11-16:Ald和Z9-14:Ald的反应显著高于雌蛾,表明雄虫触角主要识别雌虫释放的性信息素组分,在黏虫的交配行为中起到至关重要的作用。2.利用单细胞记录技术,鉴定了黏虫雄蛾触角上长毛形感器中嗅觉神经元的功能。结果显示,在黏虫雄蛾触角中鉴定出4种功能类型的长毛形感器,即Type A、Type B、Type C和Type D。Type A为数量最多的感器类型,其中neuron b可被主要性信息素组分Z11-16:Ald和类似物Z9-14:Ald两种气味物质激活,对Z11-16:Ald反应强烈。Type B中鉴定有三种神经元,其中neuron a被类似物Z11-16:OAc和Z9-14:Ald两种气味物质激活,其中对Z9-14:Ald反应敏感且最强烈,neuron b被次要组分Z9-16:Ald和Z11-16:OH两种气味物质激活。Type C中有三种神经元,其中neuron b特异地被Z11-16:OAc激活。Type D中有两条神经元,其中neuron b可被16:Ald激活。并测定了神经元对性信息素组分及类似物的剂量反应。3.前期在黏虫触角转录组中鉴定了6个性信息素受体基因。通过设计特异性引物,利用RACE技术从黏虫雄虫触角中克隆得到MsepPR1,MsepPR2,MsepPR3,MsepPR4,MsepPR5和MsepPR6基因的全长cDNA序列。与鳞翅目4个近源种棉铃虫、烟青虫、烟芽夜蛾和海灰翅夜蛾的性信息素受体进行进化树分析,结果显示MsepPR1与OR16聚在一支,MsepPR2与OR11聚在一支,MsepPR3与OR13聚在一支,MsepPR4与OR15聚在一支,MsepPR5和MsepPR6单独聚在一支。同源基因的序列相似性在81.34%至91.92%之间,表明黏虫性信息素受体与其他4个近缘种的PRs高度保守。4.将克隆得到的受体基因与共受体Orco在爪蟾卵母细胞中进行体外共表达,结合双电极电压钳技术进行了体外功能研究。结果表明:MsepPR1/Orco对类似物Z9-14:Ald和次要组分Z11-16:OH反应强烈;MsepPR5/Orco对主要组分Z11-16:Ald、次要组分Z11-16:OH、类似物Z9-14:Ald都有一定的反应;MsepPR6/Orco对主要组分Z11-16:Ald、次要组分Z9-16:Ald、类似物Z11-16:OAc和Z9-14:Ald都有较小的反应;MsepPR2/Orco、MsepPR3/Orco和MsepPR4/Orco对供试气味均无反应。
【图文】：

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3图 1-1 黏虫雄蛾触角毛形感器的电镜扫描图 (引自 Chang et al., 2015)(A1-A5)表明毛形感器分为 ST I、ST II、ST III 3 种形态；(B1, B2) 为毛形感器横切面扫描图；D:树突，CW:角质层壁，P:极孔Figure 1-1 SEM micrographs of sensilla trichodea in male.A1-A5 shows shape of three types of sensilla trichodea; B1 and B2 shows the groove on sensilla trichodea.D, dendrites; CW, cuticle wallP, pores..2 昆虫主要触角感器的嗅觉识别功能鳞翅目昆虫的毛形感器是其触角上分布最广、数量最多的感器，形状多为毛形，尖端弯曲成或钩状。在棉铃虫、烟青虫等鳞翅目昆虫中还有长毛形和短毛形之分 (王桂荣等，2002；刘等，2009)。目前认为感受性信息素的感器主要是长毛形感器 (Schneider., 1969; Sanes andebrand., 1976; Steinbrecht and Gnatzy., 1984)，短毛形感器在雌虫中除了感受植物挥发物外，还

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士学位论文信息素组分(Ljungberg et al., 1993; Baker et al., 2004; Hillier and Vicker，分布较分散，长度和毛形感器相比较短，端部有圆锥状平钝的突起内有丰富的感觉神经细胞，功能上主要可以感受植物的挥发性气味 al., 2002)。腔锥形感器形状类似菊花，表皮凹陷形成了浅圆腔，，中间突着生着花瓣状的缘栓 (王桂荣等，2002)，功能上可以感受空气中的二气味和幼虫气味等 (Pophof, 1997)。嗅觉识别的分子机制识别过程涉及到多种嗅觉蛋白，具体过程如图 1-2 所示：首先，外界表面的极孔进到水溶性淋巴液，与周围的气味结合蛋白 (Odorant bind感受蛋白 (Chemosensory proteins, CSPs) 结合形成亲水性的复合物，共的气味受体 (Odorant receptors, ORs)。受体受到化学信号的刺激后，信号经受体神经元的轴突传递到中枢神经系统 (Central nervous system信息整合，发出指令，完成反馈。气味降解酶 (Odorant degrading enzy后的气味分子降解，避免受体被持续刺激。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S433.4

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