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斑痣悬茧蜂Meteorus pulchricornis属膜翅目茧蜂科,是斜纹夜蛾Spodoptera litura、甜菜夜蛾Spodoptera exigua等鳞翅目害虫的重要优势寄生性天敌,寄主范围广,是控制鳞翅目害虫数量的重要自然因子。近年来,随着各种测序技术、分子生物学及生物信息学技术的迅猛发展,一大批昆虫的化学感受基因被鉴定出来,极大的丰富了我们对昆虫化学感受机制的认识,但已报道的案例多集中在鳞翅目、鞘翅目等昆虫中,对膜翅目寄生性昆虫的化学感受研究仍较为缺乏。寄生蜂的化学感受系统在其取食、交配和产卵等行为中具有举足轻重的作用。寄生蜂在复杂的化学环境中成功定位寄主是其成功寄生害虫、胁迫害虫种群动态及自身繁衍的基础条件,对寄生蜂化学感受机制的研究有助于我们深入了解寄生蜂搜寻行为生态学机制,理清寄生效率与化学信号介导的寄生蜂寄主识别间的关系,也对更好的利用寄生蜂开展害虫生防实践具有重要的参考价值。本论文研究内容包括:(1)通过二代转录组测序,从斑痣悬茧蜂触角中获得一系列的化学感受基因,对气味结合蛋白(OBPs),化学感受蛋白(CSPs),感觉神经元膜蛋白(SNMPs),气味受体(ORs),离子受体(IRs),味觉受体(GRs),羧酸酯酶(CXEs),谷胱甘肽S转移酶(GSTs)进行序列比对,并构建系统进化树。利用qPCR检测OBPs,GRs,CXEs,GSTs在不同组织中的表达水平。(2)通过二代转录组测序,从斑痣悬茧蜂产卵器转录组中鉴定出一系列的化学感受基因(OBPs,CSPs,ORs,IRs,GRs)。对其进行序列比对和系统进化树构建。采用qPCR实验构建产卵器OBPs的组织表达谱。另外通过扫描电子显微镜观察和记录其形态结构和感器类型。(3)筛选触角特异性表达的MpulOBP9。根据其ORF序列,利用Primerprimer 5软件设计特异性引物,以及筛选合适的酶切位点,构建MpulOBP9/pet32a(+)重组质粒,通过原核表达扩大培养获得重组蛋白。利用镍柱层析纯化重组蛋白,并利用肠激酶切除His标签,最后利用离子柱纯化获得目的蛋白。所有结果如下: 构建了斑痣悬茧蜂触角转录组数据库,共拼接出34,967个unigenes,N50值为2482bp,鉴定出的unigenes与毁侧沟茧蜂Microplitis demolitor相似度最高。 系统进化分析预测这些化学感受基因具有较高的同源性。使用生物信息学方法,共鉴定出16个气味结合蛋白基因MpulOBPs,8个化学感受蛋白基因MpulCSPs,99个气味受体基因MpulORs,19个离子受体基因MpulIRs,13个味觉受体基因MpulGRs,1个感觉神经元膜蛋白基因MpulSNMP。qPCR结果表明14个MpulOBPs(MpulOBP1和MpulOBP4-16)在触角表达水平高于其它组织,推测这些基因可能在斑痣悬茧蜂的嗅觉信号识别中发挥关键作用。MpulOBP2和MpulOBP3分别在足和腹部中高表达,推测这些MpulOBPs可能还参与了斑痣悬茧蜂体内其它生理功能。9个MpulGRs(MpulGR1,MpulGR 3,MpulGR 5,MpulGR 7,MpulGR 9,MpulGR 10,MpulGR 11,MpulGR 12,MpulGR 13)在触角表达水平明显高于足和腹部,推测这些MpulGRs可能在斑痣悬茧蜂的化学信号感知中具有重要的作用。 为全面了解斑痣悬茧蜂对嗅觉信号的感受过程,揭示气味分子被感知后的降解代谢机制。对斑痣悬茧蜂触角气味降解酶(Odor Degrading Enzymes,ODEs)基因进行预测并构建组织表达谱。共鉴定出20个羧酸酯酶基因MpulCXEs,13个谷胱甘肽S转移酶基因MpulGSTs。qPCR结果表明,9个MpulCXEs(MpulCXE1-3,MpulCXE 9,MpulCXE 13,MpulCXE 14,MpulCXE 16,MpulCXE 18,MpulCXE 20)在触角中高表达,还有9个MpulCXEs(MpulCXE5,MpulCXE 7,MpulCXE 8,MpulCXE 10-12,MpulCXE 15,MpulCXE 17,MpulCXE 19)在非嗅觉感受器官(腹部)中高表达。MpulCXE4在产卵器中高表达,而MpulCXE6在触角和腹部中具有相似的表达量。4个MpulGSTs(MpulGST2和MpulGST6-8)主要在触角中表达。9个MpulGSTs(MpulGST1,MpulGST3-5,MpulGST9和MpulGST10-13)在腹部中高表达。MpulGST11在触角和腹部的表达量相似。预测这些气味降解酶在斑痣悬茧蜂的化学感受系统和寄生蜂体内外源物质代谢中可能具有重要作用。 为了探索寄生蜂产卵器在斑痣悬茧蜂嗅觉感受中的作用,首先对产卵器的感器类型和结构特征进行了鉴定。扫描电子显微镜观测显示产卵器上有毛形感器、栉型感器等构造,产卵瓣顶端具有锯齿状结构。构建了斑痣悬茧蜂产卵器转录组数据库,共拼接出51,893个unigenes,N50值为1727bp,鉴定出的unigenes与毁侧沟茧蜂Microplitis demolitor相似度最高。经生物信息学分析,共鉴定出12个OBPs基因,8个CSPs基因,25个ORs基因,21个IRs基因,5个GRs基因和5个SNMPs基因。系统进化分析预测这些化学感受基因具有较高的同源性。qPCR结果显示10个MpulOBPs(MpulOBP17-22,MpulOBP24,MpulOBP25,MpulOBP27,MpulOBP28)在触角中高表达。MpulOBP26在足中高表达。MpulOBP23在触角和胸中具有相似表达量。预测触角高表达的MpulOBPs反馈调节产卵器中的化学感受过程,但是产卵器的调节功能还需要进一步验证。 鉴于MpulOBP9在斑痣悬茧蜂触角中高度特异性表达,进一步对其进行基因克隆、原核表达、蛋白纯化。将MpulOBP9目的片段构建于pet32a(+)表达载体上,导入大肠杆菌BL21经IPTG诱导表达。SDS-PAGE分析结果显示MpulOBP9/pet32a(+)重组蛋白主要以可溶性形式存在,经过镍离子层析分离纯化。利用肠激酶切除His标签,再使用离子柱层析进一步纯化获得较高浓度的目的蛋白。为后续深入研究斑痣悬茧蜂OBP蛋白功能提供重要基础。 本论文的研究结果对揭示斑痣悬茧蜂的化学感受机制具有重要意义,能够促进对寄生性昆虫寄主栖境选择、寄主定位、成功寄生等行为生态学机制的了解。同时也可为构建桑园害虫绿色防控体系提供科学参考和依据。