恒温和自然变温条件下的粘虫生命表、转录组、代谢组分析

发布时间：2020-06-03 00:12

【摘要】：粘虫Mythimna separata(Walker)是东亚地区重要的迁飞性害虫。温度变化对其季节性分布起决定性作用。前人研究了恒温对粘虫生长发育和繁殖参数的影响,但影响粘虫生命策略的的因素不局限于温度的绝对值,还与温度变化趋势具有密切关系。自然界存在温度的昼夜变化和季节变化,已有研究表明昆虫在室内恒温和相同平均温度的昼夜变温条件下的发育速率不同,因此有必要研究变温对粘虫的影响。本论文基于发育阶段-两性生命表研究了恒温、蛹期换温、自然变温对粘虫种群生命表参数的影响。恒温设置为20℃、25℃、30℃,25℃是最适温度,其中20℃是低适温,30℃是高温;蛹期换温设置为20-25℃、25-20℃、25-30℃。自然变温试验时间设置为2018年4月15日至10月17日,处于春季、初夏、盛夏、秋季的的4个时段,与粘虫在陕西关中地区粘虫一年发生4代,各代主要发生时间基本吻合。选择3组恒温和4组自然变温条件下与生命表试验试虫同批饲养的的2日龄成虫进行转录组测序,获得不同环境下粘虫的基因表达模式。利用LC-MS技术对初夏和秋季自然变温条件下的2日龄成虫进行代谢组检测,寻找粘虫响应自然变温的生物标记物,从代谢的角度解释粘虫在不同季节所表现出的不同生命策略,取得的主要结果如下:1.恒温和蛹期换温条件下的生命表研究20℃和20-25℃处理下3龄前幼虫存活率较低(分别是63.0%和70.1%),30℃处理下蛹期存活率极低(20.6%)。随温度上升整体上各发育阶段历期缩短。25℃时成虫产卵前期(APOP)最短(2.69 d),化蛹前、或化蛹后、或整个发育阶段经历20℃低适温或30℃高温都会延长成虫产卵前期、降低单雌产卵量、净增殖率和内禀增长率,且影响幅度与非最适温度下粘虫所处的发育阶段有关。2.不同季节自然变温条件下的生命表研究初夏和盛夏粘虫未成熟期显著短于春季和秋季。盛夏5龄、6龄、蛹期死亡率高。秋季成虫产卵前期长于其它季节。春季和初夏雌虫繁殖力显著强于盛夏和秋季。初夏种群内禀增长率和周限增长率最高,春季种群次之,盛夏种群最低;秋季种群净增殖率低于春季和初夏,高于盛夏。3.不同恒温条件下的成虫转录组分析转录组结果原始文件经质控、拼接组装、去冗余后共得到102078个转录本。注释后22911个基因注释到NR数据库,13465个基因注释到Uniprot/Swiss-Prot数据库,22922个基因注释到Uniprot_ref90数据库。差异表达分析结果显示,20℃相对25℃处理333个基因下调,1588个基因上调;30℃处理相对于25℃处理1096个基因下调,875个基因上调。差异表达基因的GO富集和KEGG代谢通路富集结果显示,大量差异基因和糖代谢、能量代谢、异源物质代谢有关。处于糖酵解/糖异生、三羧酸循环、氧化磷酸化通路中的大量基因和肌原纤维合成相关基因在30℃条件下下调,多种热激蛋白基因、泛素介导的蛋白水解酶系统中的基因在30℃时上调。属于clan 3的细胞色素P450单加氧酶基因(CYPs)在20℃时上调,而参与蜕皮激素合成的2个CYP在30℃时上调。4.不同季节自然变温条件下的成虫转录组分析转录组结果原始文件经质控、拼接组装、去冗余后共得到得到272266个转录本。注释后共82182个unigene注释到NR数据库,43547个unigene注释到Uniprot/Swiss-Prot数据库,83662个unigene注释到Uniprot_ref90数据库,50739个基因具有GO注释,13536个基因具有KEGG注释。差异表达分析表明,不同季节成虫基因表达模式差异明显,其中春季组相对于盛夏组差异表达基因最多,共3846个基因下调,2288个基因上调;初夏组相对于秋季组差异基因最少,共610个基因下调,842个基因上调。差异基因GO富集和KEGG代谢通路富集结果显示,大量差异表达基因和糖代谢、能量代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、异源物质代谢有关。糖酵解/糖异生、三羧酸循环、磷酸戊糖途径代谢通路中的大量基因在春季个体中表达量最高,在初夏和盛夏个体中表达量较低。氧化磷酸化通路中大量基因,以及脂肪代谢基因在春季和秋季个体中表达量较高,在初夏和盛夏个体中表达量较低。一些热激蛋白和蛋白水解酶类基因在初夏和盛夏个体中表达量较高,在春季和秋季个体中表达量较低。5.基于LC-MS的初夏和秋季自然变温条件下成虫非靶向代谢组分析PCA分析和PLS-DA分析显示出代谢组样品重复性良好。正离子模式下共鉴定出12396个代谢物“峰(features)”,其中秋季相对于初夏个体有1683个下调“峰”,1311个上调“峰”;负离子模式下共鉴定出6679个“峰”,秋季相对于初夏个体有1061个下调“峰”,635个上调“峰”。结合“峰”在METLIN数据库的注释结果,发现秋季个体相对于初夏个体,多种糖和多醇类物质含量较高,三羧酸循环、磷酸戊糖途径中的中间产物含量较高。大量饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、多种游离氨基酸、保幼激素JH III及其代谢产物在初夏个体中含量较高,氨基酸中只有丝氨酸在秋季个体中含量较高。
【图文】：

粘虫,澳大利亚,维多利亚州

西北农林科技大学博士学位论文78；Smith and McDonald 1986）。由于澳洲大陆内陆地区岸相对湿润。不同于亚洲季风区的粘虫和北美季风区和迁飞方向的不是温度，而是降水量（McDonald 199部地区对普通粘虫幼虫进行田间调查，发现普通粘虫范围缩小，维多利亚州幼虫密度较低，昆士兰州南部、高；夏季分布范围最小，，仅分布在东南部沿海地区。秋第 1 代基本伴随秋季雨季同步发生，第 2 代发生时间的后代往往是普通粘虫春季暴发的虫源来源（McDon

草地贪夜蛾

%（Johnson 1987）。低龄幼虫取食的隐蔽性、高龄幼虫的暴食性、成灾的突虫相似。1977年，草地贪夜蛾在美国东南部造成2.97亿美元损失（Johnson 197 年，草地贪夜蛾是美国棉花生产中的第 9 大害虫，造成 0.05%的产量损失，达 180 万英亩（Nagoshi 2009）。另外，草地贪夜蛾 2016 年 4 月首次入侵非美和普林西比，6 月大规模危害西非地区的贝宁、尼日利亚、加纳、多哥，0 月扩散至撒哈拉以南非洲绝大多数国家（Goergen et al. 2016；Nagoshi et al.8 年 6 月起，草地贪夜蛾先后入侵印度、斯里兰卡、泰国、缅甸等南亚和东南2019 年 1 月进入云南（郭井菲等 2019；吴秋琳等 2019）。截至 2019 年 5草地贪夜蛾已蔓延至中国南方 13 个省市（全国农技推广中心病虫测报处 20草地贪夜蛾冬季只能在德克萨斯州和弗罗里达州南部越冬，但夏季分布北界加拿大魁北克省和安大略省（Sparks 1979；Westbrook et al. 2016）。对野外采贪夜蛾进行单倍体分型，并结合气象资料进行轨迹模拟，发现弗罗里达州虫东海岸向北迁飞，而阿巴拉契亚山脉以东、落基山脉以西的大平原地区虫源克萨斯州，两部分虫源在阿拉巴马州-佐治亚州-宾夕法尼亚州附近交汇（Nl. 2012；Westbrook et al. 2016）。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S433.4

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