沉默PFK基因和感染致病真菌改变黑胸散白蚁的运动和理毛行为

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxiaohaizi319
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白蚁是世界性害虫,严重危害农作物、堤坝和建筑的木结构。目前,主要使用化学农药防治白蚁,但是化学农药会破坏环境,这一点使得公众更加关注白蚁的生物防治药剂。昆虫病原真菌也属于生物防治药剂,在白蚁栖息地中也存在一些昆虫病原真菌,这为利用昆虫病原真菌控制白蚁提供了有利条件,但是白蚁也进化出不同策略(如理毛行为)来抵御昆虫致病真菌。运动是动物重要的耗能行为之一,它可以影响动物的所有活动。然而,能量代谢和真菌感染是否影响以及如何影响白蚁的运动和理毛行为还不清楚。因此,本研究首先通过RNA干扰糖酵解中磷酸果糖激酶基因(pfk)的表达量来分析pfk沉默对黑胸散白蚁生理和行为的影响,接着评价不同浓度昆虫病原真菌绿僵菌对白蚁行为的影响,最后研究pfk沉默与绿僵菌感染对黑胸散白蚁生理、行为和免疫的联合作用。主要结果如下:1.沉默pfk基因破坏黑胸散白蚁体内糖酵解过程并导致其运动和理毛异常磷酸果糖激酶(PFK)是糖酵解过程的一个限速酶,已有研究表明该基因与不同动物的运动有关,但PFK是否与白蚁的运动和理毛行为有关尚不清楚。因此,本研究利用RNA干扰和Ethovision XT跟踪系统研究了pfk基因对黑胸散白蚁运动和理毛行为的影响。结果表明:干扰pfk基因后,不同白蚁品级个体(工蚁、兵蚁和脱翅蚁)中pfk基因的表达量显著降低。沉默pfk后,工蚁的葡萄糖水平显著升高,但烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、三磷酸腺苷(ATP)和PFK酶的水平显著降低。沉默pfk后,白蚁的理毛行为(理毛频率下降)和运动行为(移动距离和速度降低,但转角和角速度增加)出现异常,同时工蚁、兵蚁和脱翅蚁的运动行为表现出品级特异性。此外,兵蚁和脱翅蚁在内侧区域比在壁面区域表现出更高的速度,这是一种有效的躲避捕食的行为。上述结果揭示了pfk基因与白蚁行为(运动与理毛)的密切联系,有助于更好地理解社会性昆虫的行为调节机制和品级特异性。2.昆虫病原真菌的感染改变了黑胸散白蚁的运动和理毛行为数量庞大的白蚁个体群居在巢群中,很容易受到病原菌的感染,因此白蚁已经进化出各种行为和生理策略来抵抗不同病原菌的感染。运动可以帮助白蚁收集有关病原菌的信息,从而表现出卫生行为。白蚁在筑巢和觅食过程中不可避免地会遇到昆虫病原真菌。然而,这些真菌病原体如何影响白蚁的运动行为以及卫生行为又如何有利于白蚁的生存仍是未知的。本章首先研究了不同浓度的昆虫病原真菌——绿僵菌Metarhizium anisopliae(Metschnikoff)Sorokin对黑胸散白蚁运动行为的影响。当供试白蚁为单头染菌白蚁时,与对照组相比,低浓度(5×103conidia/ml)绿僵菌处理可显著提高白蚁在6h、12h和24h时的运动速度,而高浓度(5×107,5×109conidia/ml)绿僵菌处理显著降低了白蚁在48h后的运动速度,而且5×107和5×109conidia/ml绿僵菌处理也显著降低了白蚁的存活率。当1头直接染菌白蚁与多头无菌同伴白蚁共同放置时,被5×103和5×109conidia/ml绿僵菌处理24h后,直接染菌白蚁的运动能力显著增加,48h后运动恢复正常。当处理组绿僵菌孢子数为5×103和5×109conidia/ml时,白蚁理毛频次显著高于对照组。因为白蚁个体间发生了相互理毛,绿僵菌感染没有导致白蚁的死亡率显著升高。上述结果可以促进人们对白蚁如何利用适应性行为来处理生物压力(如真菌感染)的认识。3.沉默pfk和真菌感染引起的运动和理毛异常导致黑胸散白蚁免疫力和存活率下降白蚁进化出各种行为和生理策略来对抗病原菌的侵染,这是白蚁生物防治的一大障碍。本研究探讨了一种基于RNAi介导的代谢基因沉默和昆虫病原真菌M.anisopliae的潜在防治白蚁的策略,不仅可以打破白蚁的行为(运动和理毛),还可以干扰白蚁正常的生理和免疫。结果表明,沉默pfk基因和感染绿僵菌后白蚁pfk基因表达量降低,pfk酶活性降低,能量物质(ATP、NADH)下降。同时,沉默pfk基因和感染绿僵菌后白蚁的免疫基因表达量和抗真菌活性均下降,免疫力降低。此外,沉默pfk基因既可以破坏单独放置的染菌白蚁的行为,又可以破坏与同伴白蚁一起放置的染菌白蚁的行为。沉默pfk基因和感染绿僵菌后单独放置的染菌白蚁的存活率降低,运动能力下降。沉默pfk基因会使同伴个体对染菌个体的理毛频率下降,这导致了染菌个体的高死亡率。同时,沉默pfk的同伴个体与直接染菌个体接触后其存活率也降低了。上述结果表明,由沉默pfk和感染昆虫病原真菌引起的运动和理毛行为异常破坏了白蚁的免疫并降低了白蚁的存活率,这种能量代谢基因干扰和致病真菌感染相结合的处理模式有望作为一种防治白蚁的有效策略。
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