小线角木蠹蛾性信息素通讯的分子机制

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangzhao322
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小线角木蠹蛾Streltzoviella insularis(Staudinger)是我国园林绿化上重要的蛀干害虫。由于该虫具有分布广、寄主多、虫口密度大和繁殖力强的特点,一旦为害,往往会严重破坏生态环境和城市面貌,造成重大的经济损失。目前,小线角木蠹蛾雌蛾释放的性信息素成分已被成功鉴定,分别为顺-3-十四碳乙酸酯((Z)-3-tetradecenyl acetate,Z3-14:Ac)、反-3-十四碳乙酸酯((E)-3-tetradecenyl acetate,E3-14:Ac)和顺-5-十二碳乙酸酯((Z)-5-dodecenyl acetate,Z5-12:Ac),按照一定的比例配置成诱芯,在林间能够有效地诱捕雄蛾。然而,有关小线角木蠹蛾性信息素通讯的分子机制尚不明确。本文利用Illumina HiseqTM 4000平台分别对小线角木蠹蛾的雌蛾性腺和雌雄蛾触角进行转录组测序,通过生物信息学分析方法,筛选和鉴定了性信息素合成基因与嗅觉蛋白基因;利用实时荧光定量PCR技术明确了关键基因的组织表达谱;采用荧光竞争结合实验探究了性信息素结合蛋白(Pheromone binding proteins,PBPs)与性信息素成分的结合特性。主要研究结果如下:(1)基于小线角木蠹蛾的雌蛾性腺转录组,共筛选和鉴定了50个参与性信息素合成的基因,包括1个信息素生物合成激活神经肽受体(Pheromone biosynthesis-activating neuropeptide receptor,PBANR)、2个乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-Co A carboxylases,ACCs)、5个脂肪酸合成酶(Fatty acid synthetases,FASs)、17个去饱和酶(Desaturases,DESs)、13个脂肪酰辅酶A还原酶(Fatty acyl-Co A reductases,FARs)、5个醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenases,ADs)、5个醛还原酶(Aldehyde reductases,ARs)和2个乙酰基转移酶(Acetyltransferases,ATFs)基因。其中,Sins DES8、Sins DES17、Sins FAR6和Sins AR5基因在雌蛾性腺转录组中表达量较高。同时,明确了小线角木蠹蛾3种性信息素成分的生物合成途径。(2)基于小线角木蠹蛾的雌雄蛾触角转录组,共筛选和鉴定了210个嗅觉蛋白基因,包括28个气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)、12个化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)、2个感觉神经元膜蛋白(Sensory neuron membrane proteins,SNMPs)、11个离子型受体(Ionotropic receptors,IRs)、56个气味受体(Odorant receptors,ORs)和101个气味降解酶(Odorant degrading enzymes,ODEs)基因。其中,Sins OBP4、Sins OBP15、Sins PBP1-3、Sins GOBP1-2、Sins CSP2、Sins CSP6、Sins CSP8、Sins Orco、Sins SNMP1-2、Sins CEX3、Sins CYP20和Sins CYP36基因在雌雄蛾触角转录组中表达量均较高。(3)明确了与小线角木蠹蛾性信息素合成相关的2个ACCs和10个DESs基因在雌蛾不同组织中的表达谱。其中,Sins ACC2、Sins DES6和Sins DES8基因在性腺中特异性表达,而Sins ACC1、Sins DES1、Sins DES3、Sins DES4和Sins DES7基因则主要在触角中表达。(4)明确了与小线角木蠹蛾嗅觉识别相关的28个OBPs、12个CSPs和2个SNMPs基因在雌雄蛾不同组织中的表达谱。28个基因在触角中特异性表达,其中,15个基因(Sins OBP2、Sins OBP4、Sins OBP6-7、Sins OBP9-10、Sins OBP12、Sins OBP14-15、Sins OBP22-23、Sins PBP1-2、Sins GOBP2和Sins CSP10)在雄蛾触角中的表达量显著高于雌蛾触角,2个基因(Sins OBP13和Sins OBP20)在雌蛾触角中的表达量显著高于雄蛾触角,11个基因(Sins OBP5、Sins OBP18、Sins PBP3、Sins GOBP1、Sins CSP2-4、Sins CSP6、Sins CSP8和Sins SNMP1-2)在雌雄蛾触角中的表达量无显著性差异;Sins OBP17基因在雄蛾足中的表达量显著高于其它组织;而Sins OBP8、Sins OBP16和Sins OBP19基因则主要在雄蛾交配器中表达。(5)明确了小线角木蠹蛾3个性信息素结合蛋白(Sins PBP1-3)及其与性信息素成分的结合特性。其中,Sins PBP1-3与Z3-14:Ac均有很好的结合能力,结合常数分别为2.49μM、6.33μM和3.12μM;Sins PBP2和Sins PBP3与E3-14:Ac有较强的结合能力,结合常数分别为5.54μM和4.10μM;而Sins PBP1和Sins PBP3则与Z5-12:Ac的结合能力很高,结合常数分别为3.03μM和1.95μM。综上,本文鉴定了一系列参与小线角木蠹蛾性信息素合成的基因及嗅觉蛋白基因,明确了其中关键基因的组织表达谱,揭示了性信息素的生物合成途径,以及验证了Sins PBP1-3的功能。研究结果有助于阐明小线角木蠹蛾性信息素通讯的分子机制,同时,可以为开发防治新技术提供理论指导。
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