红棕象甲幼虫口腔分泌物中对苯醌的毒性及解毒酶基因的转录组分析

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红棕象甲Rhynchophorus ferrugineus Olivier是一种为害棕榈科植物的重大入侵害虫。该虫能够分泌以对苯醌为主要活性成分的体外分泌物,这种分泌物可以为角质层提供抗菌涂层并抵抗病原微生物等外源物的入侵。然而,对苯醌等化学物质本身具有毒性,分泌者也会面临自我中毒的风险。因此,红棕象甲需要精确的调控(包括合成和代谢)分泌到环境的体外分泌物中的对苯醌来避免自身受到毒副作用。本试验以红棕象甲幼虫为研究对象,使用金龟子绿僵菌小孢变种Metarhizium anisopliae var.anisopliae作为外源病原菌对个体进行体外免疫诱导,然后针对诱导后产生的体外分泌物进行了分析,包括分泌物的分泌量、对苯醌的浓度以及抑菌活性等指标的测定。同时测定对苯醌对红棕象甲三龄幼虫的毒性。最后利用转录组技术筛选对苯醌解毒代谢的相关基因,从而阐明幼虫对该物质的解毒代谢作用。主要研究结果如下:1.金龟子绿僵菌胁迫会诱导红棕象甲三龄幼虫口腔分泌物的分泌量显著增多。与0.1%吐温80的对照组相比,金龟子绿僵菌胁迫12h和24 h后的红棕象甲三龄幼虫口腔分泌物的分泌量分别增多了0.56倍和0.52倍。随着处理时间的增加,病原胁迫组和对照组分泌物的分泌量分别显著增多了0.48倍和0.19倍。另外,0.1%吐温80处理的七龄幼虫口腔分泌物的分泌量(54.99±4.35 mg)显著多于三龄幼虫(13.23±0.68 mg),说明幼虫的龄期越大,口腔分泌物的分泌量越多。2.红棕象甲三龄幼虫口腔分泌物中对苯醌的浓度会随着分泌物分泌量的增多显著降低。处理48 h与处理12 h相比,0.1%吐温80的对照组和金龟子绿僵菌胁迫下的三龄幼虫分泌物中对苯醌的浓度分别降低了50.71%和24.96%。这表明金龟子绿僵菌的胁迫减小了对苯醌浓度降低的幅度。另外,0.1%的吐温80处理的三龄幼虫和七龄幼虫口腔分泌物中对苯醌的浓度分别为6.20±0.32μg/m L和4.72±0.35μg/m L,二者之间无显著差异。3.红棕象甲三龄幼虫口腔分泌物的抑菌活性随对苯醌浓度的升高而显著增强。金龟子绿僵菌胁迫24 h后,三龄幼虫口腔分泌物的抑菌活性显著增强了32.19%。这表明分泌物中对苯醌的浓度和金龟子绿僵菌的胁迫均影响三龄幼虫口腔分泌物的抑菌活性。4.对苯醌处理后红棕象甲三龄幼虫出现不能正常脱去旧表皮、表皮部分或全身变黑等中毒症状,最终个体死亡,LC50为6.98×103μg/m L。三龄幼虫在0.1%吐温80处理和1×105个分生孢子/m L金龟子绿僵菌胁迫下,分泌物中的对苯醌的浓度分别为5.91±0.59μg/m L和6.05±0.28μg/m L,远小于LC10(4.91×103μg/m L)。这表明幼虫能合理控制其体外免疫分泌物中对苯醌的浓度。并且转录组结果显示,对苯醌处理下红棕象甲三龄幼虫细胞色素P450家族(cytochrome P450,CYP450)上调基因有3个,最大上调量log2FCm=3.42,下调基因有2个(log2FCm=-2.45),谷胱甘肽硫转移酶家族(glutathione-S-transferase,GST)上调基因有2个(log2FCm=3.973),ABC转运蛋白(ATP binding cassette transporter,ABC)上调基因有7个(log2FCm=4.29)。表明三龄幼虫可能通过调控CYP450、GST和ABC等解毒酶基因对体外分泌物中的对苯醌具有解毒代谢作用。从上述结果可以知道红棕象甲幼虫口腔分泌物的分泌量越多,分泌物中对苯醌的浓度越低,抑菌活性越低,并且可能通过调控细胞色素P450、谷胱甘肽硫转移酶和ABC转运蛋白等解毒代谢酶基因的表达来代谢分泌到环境中对自身产生毒副作用的对苯醌。
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