棉铃虫保幼激素作用机制及其对Bt抗性适合度代价的调控

发布时间：2017-12-15 22:40

  本文关键词：棉铃虫保幼激素作用机制及其对Bt抗性适合度代价的调控

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【摘要】：棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)属于鳞翅目夜蛾科,广泛分布在世界各地,危害棉花、谷物、玉米、小麦等多种农作物,造成重大的经济损失,是我国的一种重要的农业害虫。Bt棉花的种植有效地控制了棉铃虫的发生危害,但是由于转基因作物的大面积种植,许多害虫一直处于Bt的选择压下,使得多种靶标昆虫具有产生抗性的风险。美国东南部的棉铃虫、印度的红铃虫在田间都对Bt棉花产生了抗性,且我国Bt棉花高强度种植地区的棉铃虫耐受性正逐年提高。因此,棉铃虫对Bt的抗性问题已成为影响Bt棉花持续发展的关键因素。靶标害虫的Bt抗性适合度代价是影响其抗性发展速度的重要因素之一,生殖适合度代价决定着生物种群的繁衍,因此,明确Bt抗性的生殖适合度代价机理可为制定相应的抗性治理策略提供重要依据。本文对不同地区的棉铃虫抗、感品系的生殖适合度进行分析,并利用转录组鉴定了参与保幼激素调控的新基因,并对这些基因在棉铃虫发育过程中表达模式及有关基因对棉铃虫生殖发育的影响进行了研究。主要研究成果如下:选用采自于不同地区的3组室内饲养的抗感品系(96S与BtR,LFS与LF120,XJS与XJ20),分析了抗、感棉铃虫的生殖指标、卵巢发育状态及保幼激素滴度。结果表明敏感品系96S,LFS和XJS的产卵量分别为817.15±27.32、712.35±23.16和833.96±29.43,显著的高于抗性品系(565.60±16.40-666.74±28.12);敏感品系的卵孵化率为55.19-69.51%,是抗性品系的1.25-2.75倍。比较抗、感品系棉铃虫卵巢发育状况发现,抗性品系的成熟卵比率和卵巢比重在羽化后2-5d显著低于敏感品系。此外测定了调节鳞翅目昆虫生殖的JH滴度,结果发现抗性棉铃虫的JH含量普遍高于敏感品系,LF120在羽化后1-3d显著高于敏感品系LFS,在羽化后4-6d无差别,而XJ20在整个成虫发育期的JH含量均高于敏感品系XJS。对棉铃虫不同发育时期的个体进行转录组测序并拼接,总共获得了177539个unigenes,从中鉴定了21个参与JH合成和代谢的新基因。通过对棉铃虫体内的JHⅢ含量测定发现,JHⅢ滴度在2龄、3龄和4龄初期都有一个小高峰,根据保幼激素和滴度变化和合成代谢基因的时间表达谱分析发现,法尼焦磷酸合成酶FPPS4是调节JH合成中的关键酶,保幼激素环氧水解酶JHEH2在JH代谢中发挥着重要作用。为了分析保幼激素对发育的影响,用不同浓度的Methoprene处理棉铃虫,结果发现2龄和5龄幼虫对Methoprene的敏感性较高。低浓度Methoprene处理2龄棉铃虫后幼虫的发育龄期的延长0.3-0.8d,2.5μg/μl的Methoprene抑制棉铃虫的发育幼虫死亡率达到60%,5μg/μl的浓度处理时幼虫的死亡率达到95%;3龄棉铃虫受低浓度激素类似物处理后幼虫期发育历期延长2d,而幼虫死亡率在不同浓度的Methoprene处理下变化不大,约为18%-23%,当浓度达到5μg/μl时,幼虫死亡率为45%;5龄棉铃虫幼虫对高浓度Methoprene敏感,当浓度达到5μg/μl时,幼虫死亡率达到80%。对Methoprene处理和对照处理组的5龄幼虫进行转录组测序,得到了棉铃虫的50481个unigenes,经差异基因分析发现两种群上调表达的基因有583个,下调表达的基因有3833个。发现JH代谢和蜕皮激素分子作用机制的相关基因上调表达,参与JH合成的细胞色素P450及其他基因下调表达。荧光定量结果进一步分析了Methoprene对JH合成代谢及调控因子的影响。在转录组测序的基础上,克隆分析了棉铃虫JH受体Met,调控因子Kr-h1以及FTZ-F1基因。Met、Kr-h1及FTZ-F1都具有保守的DNA结合位点,与其他昆虫的序列有高度的相似性。荧光定量分析结果表明Met、Kr-h1和FTZ-F1在棉铃虫的整个发育历期都有表达,幼虫的变态前期表达量较高,蛹期表达量较低。在成虫期,Met在雌性成虫中的表达量是雄性成虫的2.5倍,同时Met和Kr-h1在卵巢,脂肪体内高表达。利用RNA干扰技术对这三个基因进行功能分析,发现Met和Kr-h1基因干扰后棉铃虫蛹化启动时间提前48h,并且诱导蜕皮激素相关基因的表达水平上升了1.5-4倍;在棉铃虫成虫中,Met和Kr-h1干扰个体的产卵量下降45%,卵孵化率降低36%。FTZ-F1基因干扰后影响5龄幼虫的蜕皮,同时FTZ-F1干扰后诱导保幼激素的合成基因JHAMT的表达量上升2-6倍,抑制Kr-h1的表达。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S433.4
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本文编号：1293724