苜蓿盲蝽性信息素受体的鉴定与功能分化

发布时间：2020-05-13 00:39

【摘要】：苜蓿盲蝽Adelphocoris lineolatus为半翅目盲蝽科昆虫,是一种多食性农业害虫,主要为害紫花苜蓿,棉花和玉米等田间作物,其寄主范围多达245种,对农业生产造成巨大损失。目前对苜蓿盲蝽的防治主要依靠化学防治,但化学防治导致的抗药性问题越来越突出,田间防治效果越来越差,防治成本越来越高。田间调查表明,苜蓿盲蝽具有明显的趋化性,其嗅觉在田间寄主定位和寻找配偶具有重要作用。因此,针对苜蓿盲蝽的嗅觉识别机制展开研究,阐明其交配行为的调控机制,有利于通过对其交配行为的干扰和阻断,达到田间绿色高效防治的目的。本文根据苜蓿盲蝽气味受体表达谱数据,选择5个雄虫触角高表达的气味受体作为候选性信息素受体,并进行了深入研究。主要结果如下:1.功能探究:通过爪蟾卵母细胞表达候选性信息素受体,利用电压钳记录苜蓿盲蝽5个气味受体的功能。结果表明,Alin OR13仅识别苜蓿盲蝽主要性信息素组分之一丁酸-反-2-己烯酯,而Alin OR33除能识别丁酸-反-2-己烯酯外,还能识别三种次要组分:丁酸丁酯、丁酸己酯和己酸己酯,但细胞反应均不强烈;另外3个气味受体对性信息素组分均无反应。2.进化分析:搜集四种半翅目昆虫豌豆蚜、荔枝椿象、绿盲蝽、苜蓿盲蝽和果蝇的气味受体氨基酸序列,构建系统进化树。进化树表明,本文中鉴定的苜蓿盲蝽性信息素受体Alin OR13和Alin OR33聚在同一枝,表明其功能相似,同时还存在一个有待功能验证的Alin OR64。而来自其他昆虫的ORs大多独立聚成分枝,将进化树分成明显的几部分。3.表达定位分析:采用q RT-PCR检测Alin OR33和Alin OR13在苜蓿盲蝽不同发育时期和不同交配状态下的表达情况。结果表明,Alin OR33和Ain OR13在若虫期随着龄期的上升,表达量逐渐上升,到成虫期羽化3天表达量达到最高。Alin OR33在羽化三天已交配雄虫中表达量最高,而Alin OR13在羽化五天已交配雄虫表达量最高。原位杂交表明Alin OR13与Alin OR33均主要在长毛形感器表达,其他感器未检测到荧光信号。4.干扰后的电生理学变化:利用RNAi手段实现Alin OR33的基因沉默,q RT-PCR检测发现Alin OR33触角表达量下降70%以上;随后通过EAG检测干扰后苜蓿盲蝽触角对四种配体的电生理反应。结果表明,基因沉默的苜蓿盲蝽雄虫对四种配体化合物的电生理反应与未沉默的雄虫相比下降50%左右,与未沉默的雄虫电生理反应大小相比有显著性差异。5.干扰后的行为学变化:通过Y形嗅觉仪研究苜蓿盲蝽Alin OR33通过RNAi沉默后的行为学变化。结果表明,基因沉默后的苜蓿盲蝽雄虫相比未沉默的雄虫对丁酸-反-2-己烯酯的识别能力显著下降,不能有效识别和定位化学信息源,表明干扰Alin OR33对苜蓿盲蝽性信息素识别影响显著。
【图文】：

性信息素,序列比对,受体,丁酸

图 2-1 五个候选性信息素受体的序列比对Fig.2-1 Sequence alignment of five candidate pheromone receptors2.2.2 苜蓿盲蝽候选性信息素受体基因的功能鉴定将候选性信息素受体分别与 AlinOrco 在爪蟾卵母细胞中共表达，利用双电极电压钳分别记录表达不同气味受体的爪蟾卵母细胞对单个性信息素组分的反应。2.2.2.1 AlinOR33 功能鉴定以浓度为 10-3M 的配体化合物刺激爪蟾卵母细胞，电压钳记录结果表明，AlinOR33/Orco 对性信息素组分丁酸丁酯、己酸己酯、丁酸-反-2-己烯酯和丁酸己酯均有不同程度的反应。其中对丁酸反-2-己烯酯反应相对较大，超过 200nA，对其他性信息素组分的反应均未超过 100nA，，气味受体 OR33 对丁酸-反-2-己烯酯的反应与对其他性信息素的反应存在显著差异。以其他非性信息素组分酯类化合物刺激表达 AlinOR33 的卵母细胞未检测到反应信号。

分子结构图,爪蟾卵母细胞,气味,苜蓿盲蝽

15图 2-2 苜蓿盲蝽气味受体 AlinOR33 的功能鉴定Fig.2-2 Functional identification of odorant receptor AlinOR33/Orco in A. lineolatus达 AlinOR33/Orco 的爪蟾卵母细胞对浓度为 10-3M 配一系列酯类体化合物的反应电流；B AlinOR33 的气味反应谱（N=4）以及物的分子结构。2.2.2 AlinOR13 功能研究以浓度为 10-3M 的上述性信息素组分刺激表达 AlinOR13 的爪蟾卵母细胞，电压钳记录明，AlinOR13/Orco 仅对性信息素主要组分丁酸-反-2-己烯酯有反应，反应电流约为 500nA他性信息素组分均无反应。进一步测试爪蟾卵母细胞对非性信息素酯类化合物的反应，同测到反应信号。
【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】：S433.3

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