绿盲蝽气味受体的鉴定、表达及功能分析

发布时间：2020-11-01 18:24

　　 随着Bt棉花推广和普及,棉田盲蝽区域性种群剧增,对棉花等多种经济作物生产造成巨大经济损失。前期田间调查发现,绿盲蝽拥有灵敏的嗅觉能准确定位寄主植物,进行不断的转移危害;另外,雄虫也能根据雌虫分泌的性信息素准确定位雌虫,完成交配。在分子水平上,这一嗅觉识别涉及多种蛋白参与,如气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)、化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)、气味受体(Odorant receptors,ORs)、离子型受体(Ionotropic receptors,IRs)、感觉神经元膜蛋白(Sensory neuron membrane proteins,SNMPs)等,这些蛋白在嗅觉识别中所起到的具体功能是当前化学感受领域的研究热点。本研究主要围绕绿盲蝽嗅觉识别过程的中气味受体基因ORs及其他相关嗅觉基因开展了研究。通过触角转录组测序鉴定出110条气味受体基因(AlucORs)并命名。46条具有完整的开放阅读框、AlucOrco是最丰富表达的基因。四种组织的半定量结果为:2条AlucORs基因在雌触角特异表达,2条AlucORs基因在雄触角特异表达,10条AlucORs在雌触角高表达,18条AlucORs在雄虫触角高表达。7种不同组织的qPCR结果表明,有40条AlucORs基因在触角中高表达(高于其他身体部位5倍以上),AlucOR91雌触角中的表达量要比其他组织高7.4倍以上,9条AlucORs在雌触角中的表达量比其他组织高5.5~38.1倍。另外,进化树分析预测了一个盲蝽科昆虫保守的性信息素亚支。新鉴定了24条新化学感受相关基因,包括7条AlucCSPs、6条AlucGRs、7条AlucIRs和4条AlucSNMPs。7种不同组织的表达谱分析发现AlucSNMP1b、AlucCSP14和AlucIR41a.2在触角中高表达。另外,有三个GR基因(AlucGR63a、AlucGR66a、AlucGR66b)和1个IR基因(AlucIR41a.3)在口针中高表达并且雄虫口针的表达量高于雌虫口针。从预测的盲蝽科保守的性信息素亚支中选取了AlucOR4、AlucOR40、AlucOR59,利用爪蟾卵母细胞双电极电压钳验证发现AlucOR4仅对绿盲蝽两种性信息素气味丁酸己酯和丁酸-反-2-己烯酯有反应,对丁酸-反-2-己烯酯的反应较大;AlucOR40对己酸己酯、己酸叶醇酯、丁酸戊酯、辛酸乙酯、丁酸-反-2-己烯酯有反应,对己酸己酯反应最大;AlucOR59对丁酸-反-2-己烯酯、辛酸乙酯、乙酸辛酯、丁酸辛酯有反应,对丁酸-反-2-己烯酯反应最大。配体气味都为绿盲蝽性信息素或类似物,证明这三个基因都是绿盲蝽性信息素受体。选择对其中反应谱较窄的AlucOR4进行RNAi试验证明,绿盲蝽雄虫触角EAG结果对两种信息素的反应下降了38%~44%,但行为实验结果表明绿盲蝽对性诱芯的趋向性没有明显降低。利用电压钳验证了雌雄触角分别高表达AlucOR91和AlucOR21的气味结合功能。AlucOR91对(-)-4-萜品醇、1-十一醇、十二醇、1-十五烷醇、异樟醇有反应,其中对异樟醇的反应最大,但AlucOR21对任何气味都无反应。推测AlucOR91可能与寄主植物定位和选择产卵场所有关。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S433.3
【部分图文】：

觉信号、触觉信号和化学分子信号等，通过这些信号来认识和感受外部世界。其中，化学感受对于动物的生存而言十分重要，其化学感受器官如脊椎动物的鼻腔、无脊椎动物昆虫的触角、口器都有感受外界环境化学信号的功能。通过正确的解析这些化学信号所承载的信息（图1.1），动物可以成功的进行定位食物、寻找配偶、寻找合适的产卵场所和躲避天敌等相关生命活动，由此可见化学感受在动物全部生命过程中具有重要意义（Wyatt, 2014; Wyatt, 2015）。图1.1 化学信息素分类（Howse et al., 1998）Fig. 1.1 Categories of semiochemicals (Howse et al., 1998)昆虫种类繁多，占到动物物种的2/3以上，并在地球上长期繁荣数亿年之久（Gaston,1991;May,1992; 张有才等，1993）。昆虫作为地球上最成功的类群，在长期的进化适应过程中，特化出了精细的化学感受系统，通过化学感受系统感受各种复杂的环境，保持种群的繁荣（Hansson andStensmyr, 2011;Suh etal.,2014）。在昆虫的生存环境中存在着诸多的化学信号分子

的方法无法找到昆虫的气味受体ORs。直到果蝇的基因组测序以后，在果蝇嗅觉器官触角和下颚须中找类似的“七跨膜蛋白”，最终确认果蝇气味受体，果蝇由60个有功能的OR基因编码62个OR蛋白（Clyneetal.,1999;Robertsonetal.,2003）。同样，在疟蚊基因组测序以后，在其基因组中找到了79个高度特异的气味受体基因（Foxetal.,2001）。通过比对，二者之间的除一个基因Orco外，其他基因相似性很低，由此Orco也称为非典型气味受体。随着基因组和转录组测序技术和生物信息学的快速发展，气味受体基因在多种昆虫中都得到了鉴定，研究也发现Orco基因在鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、半翅目、直翅目和蜉蝣目等昆虫中的基因高度保守，同时Orco也是典型的OR受体正常发挥功能，形成有选择性的离子通道所必须的蛋白组分（Montagnéetal.,2014;Neuhausetal.,2005）。同样随着基因组测序技术、转录组测序技术和生物信息学分析技术的快速发展，研究人员发现，OR基因在不同性别、不同龄期、不同器官或组织上、不同嗅觉神经元上表达存在着时空差异。如果蝇基因组中发现60个OR基因，但只有43个在成虫期表达，23个在幼虫期表达（Kreheret al., 2005）；性信息素受体存在着性别表达差异、敏感性差异如鳞翅目的家蚕和半翅目的盲蝽（Jürgen et al., 2015; 陈展册 et al., 2010）。另外，不同的嗅觉神经元上表达的OR基因的数量也存在着差异。典型的是一个嗅觉神经元表达一种OR受体，也有2~3个OR基因表达在同一个嗅觉神经元上，也有4~6个OR基因表达在同一个嗅觉神经元上的情况（Couto et al., 2005; Karner et al.,2015）。

田间防治提供理论支撑。1.2.4 绿盲蝽触角与感器结构图1.3 绿盲蝽触角感器扫描电镜观察1：触角(柄节、梗节及鞭节两个亚节)；2：鞭节表皮呈波浪状突起；3：毛型感器Ⅰ长直毛形感器；4：毛型感器Ⅱ长曲毛形感器；5：刺型感器Ⅰ长直刺形感器；6：刺型感器Ⅱ长曲刺形感器；7：锥型感器Ⅰ, 中长锥形感器；锥型感器Ⅱ短锥形感器；8：B hm氏鬃毛；9：B hm氏鬃毛 (陆宴辉 et al., 2007)。Fig. 1.3 Antennal sensilla of apolygus lucorum observed with scanning electron microscopy1: Antenna (scape, SC; pedicel, PD; flagellum, FL Ⅰ and FL Ⅱ); 2: Wavy epidermis on flagellum (WP); 3: SensillatrichodeaⅠ (long straighthair, STⅠ); 4: Sensilla trichodeaⅡ(long curved hair,STⅡ); 5: Sensilla chaeticaⅠ (longstraight bristle, SCⅠ); 6: Sensilla chaeticaⅡ (long curved bristle, SCⅡ); 7: Sensilla basiconicaⅠ(medium long peg, SBⅠ); Sensilla basiconicaⅡ (short peg, SBⅡ); 8: B h B hm bristles (BB); 9: B hm B hm bristles (BB) (陆宴辉 et al.,2007).触角在绿盲蝽的嗅觉感受中起着关键作用，为线形共4节，即柄节、梗节和2个鞭节。通过对绿盲蝽成虫触角的扫描电镜观察发现，触角感受器有四种类型分别为：毛形感器、刺形感器、锥形感器、B hm氏鬃毛。其中毛形感器又可分为长直毛形感器、长曲毛形感器；刺形感器又可分为长直刺形感器、长曲刺形感器；锥形感器又可分为长锥形感器、短锥形感器。雌雄个体之间触角感器的类型、分布均没有明显差异。不同感器在触角各节上的数量与分布各不同。数量较多的感器是长直毛形感器、长直刺形感器，其次是中长锥形感器、短锥形感器、B hm氏鬃毛
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本文编号：2865915