论文部分内容阅读
化学通信对于昆虫寻找配偶、食物和产卵位置通常起到非常重要的作用。雌性蛾类昆虫利用信息素腺体产生并释放性信息素，由雄蛾识别感受。近缘种棉铃虫和烟青虫是我国重要的农业害虫，二种昆虫均以顺11-十六碳烯醛(Z11-16∶Ald)和顺9-十六碳烯醛(Z9-16∶Ald)构成二元性信息素，但比例正好相反，分别为97∶3和7∶93。另外，与信息素腺体相连的产卵器表面，有类似化学感器的结构，猜想有的可能起到嗅觉感受的作用。为揭示两种昆虫的雌性性信息素比例差异的分子基础和探究产卵器的嗅觉功能，首先分析了它们信息素腺体-产卵器的转录组，鉴定和比较了性信息素生物合成通路中相关酶基因的表达模式，随后在对两种昆虫进行种间杂交的基础上，成功获得了杂交代及其与烟青虫雌虫的回交后代，检测了在单个回交代个体腺体中重要脱饱和酶基因的表达量和两种组分的含量，明确了组分含量与饱和酶基因表达量之间的关系。其次，鉴定了烟青虫信息素腺体-产卵器转录组中表达的嗅觉受体基因，应用原位杂交技术确定了一个高表达的受体的表达位置，利用爪蛙卵母细胞表达系统结合双电极电压钳对该嗅觉受体进行了功能分析，并利用扫描电镜观察和单感器记录鉴定产卵器表面的嗅觉感器，最后通过行为实验验证产卵器的嗅觉功能。本研究主要结果如下: 1.在棉铃虫和烟青虫信息素腺体-产卵器复合体转录组中分别鉴定到90和86个性信息素合成相关的酶类基因。利用转录组FPKM分析结果，获得了所有酶类基因的组织分布情况。发现催化11位脱饱和作用的脱饱和酶基因LPAQ在棉铃虫的腺体中的表达量是烟青虫中的70倍，而另一个催化9位脱饱和作用的脱饱和酶基因NP VE则刚好相反，在烟青虫腺体中的表达量是棉铃虫腺体中的60倍。烟青虫的FAR1基因和烟青虫的AR3基因在性信息素腺体中的表达量显著高于其在棉铃虫中对应的直系同源基因的表达量。 2.在对两种昆虫进行种间杂交的基础上，成功获得了杂交代与烟青虫雌虫的回交后代。回交代的个体之间性信息素组分比例存在较大差异。利用qRT-PCR和GC-MS分析，明确在回交代个体中，LPAQ的表达水平与Z11-16∶Ald的含量呈正相关，而NPVE的表达水平与Z9-16∶Ald的含量呈正相关。 3.在烟青虫信息素腺体-产卵器复合体转录组鉴定到一个嗅觉受体基因HassOR31，根据转录本丰度和qRT-PCR分析，发现它在信息素腺体-产卵器复合体中的表达量显著高于包括触角在内的其他组织。利用双色原位杂交标记实验，确定HassOR31和HassORco在产卵器中存在共定位的情况，且位于毛状感器下方。将HassOR31和HassORco共同表达在爪蛙卵母细胞中，对其进行功能鉴定发现其有较广的反应谱，主要对绿叶气味化合物和萜类物质起反应，其中最有效的配体是顺式-3-己烯丁酸酯（cis-3-Hexyl-Butyrate）。 4.利用扫描电镜观察发现，烟青虫产卵器表面分布有可能的机械型感器、嗅觉感器和味觉感器。利用单感器记录技术对产卵器表面可能的嗅觉感器进行记录，发现了一个能被HassOR31/HassORco配体激活的感器。最后通过产卵实验证明烟青虫也借助触角以外的嗅觉器官（包括产卵器在内）来选择产卵位置。