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沙棘木蠹蛾Eogystia hipophaecolus(Lepidoptera:Cossidae)主要危害我国“三北”地区生态经济型树种沙棘Hippophae rhamnoides L.(Rosales:Elaeagnaceae),其幼虫蛀食沙棘的根部,危害隐蔽,防治相当困难。目前,已鉴定明确了沙棘木蠢蛾雌虫的性信息素成分,开发了针对雄性成虫的性信息素诱捕器,且在林间取得了较好的监测和防治效果。但沙棘木蠢蛾雄虫识别性信息素的分子机制尚不明确。而沙棘木蠢蛾嗅觉相关基因的鉴定以及功能研究将有助于阐明昆虫嗅觉识别的分子机制,为开发新的防治技术提供理论基础。所以本文基于沙棘木蠢蛾雌雄触角转录组,筛选出了一系列嗅觉相关的基因;明确了气味结合蛋白的组织表达特性;并针对雄虫特异性识别性信息素成分的现象,从转录和蛋白水平探究性信息素结合蛋白Pheromone Binding Proteins(PBPs)的功能,以期为沙棘木蠹蛾的嗅觉识别的分子机制提供支撑材料。其主要研究结果如下:1、明确了沙棘木蠢蛾雄虫四种具有嗅觉功能器官(下述为四种器官)的感器数量、类型和分布情况。沙棘木蠢蛾雄虫触角上的感器有腔锥形感器、Bohm氏鬃毛、2个亚型的毛形感器和2个亚型的锥形感器;雄虫下唇须分布着一种毛形感器和一种刺形感器;雄虫外生殖器上分布着3类长度各异的毛形感器;雄虫前足、中足和后足大部分的感器为毛形感器和刺形感器,位于跗节及前跗节,Bohm氏鬃毛分布在胫节及跗节的基部。在观察到的感器中,主要执行嗅觉化学识别的感器有毛形感器、锥形感器和腔锥形感器,其在感觉器官中的数量关系是触角>外生殖器>下唇须>足。2、鉴定了雌雄沙棘木蠢蛾的137个嗅觉相关蛋白。包括29个气味结合蛋白Odorant binding proteins(OBPs)、1 8 个化学感受蛋白 Chemosensory proteins(CSPs)、63 个气味受体 Odorant receptors(ORs)、1 2 个离子型受体 Ionotropic receptors(IRs)、13个味觉受体Gustatory receptors(GRs)和两个神经元膜蛋白Sensory neuron membrane proteins(SNMPs)。在29个气味结合蛋白OBPs中,包含有3个性信息素结合蛋白Pheromone binding proteins(PBPs)和2个普通气味结合蛋白General odorant binding proteins(GOBPs)。3、明确了沙棘木蠢蛾气味结合蛋白OBPs在雄虫四种器官的表达谱。大部分的OBPs都在触角中偏向性表达,表明这些蛋白主要参与触角的嗅觉识别。少量的OBPs在足和外生殖器中偏向性表达,说明足和外生殖器在气味识别的过程中同样起了不可忽视的作用,推测OBPs在足和外生殖器的寄主识别和交尾过程中均发挥了的作用。4、明确了三个PBPs在雌雄成虫四种器官的表达谱。触角是PBPs偏向性表达的器官,特别是雄性触角是其极显著偏向性表达的部位。以雄性触角的表达量为例,PBP1的表达量最高,分别是PBP3表达量10倍和PBP2的1700倍,推测PBP1和PBP3是主要参与触角性信息素识别的蛋白。除触角外,PBPs在足的表达量最高,特别是雄性足,同时雄性外生殖器也表达PBPs,结合观察到的沙棘木蠢蛾交尾行为,推测足和雄性外生殖器也能帮助识别性信息素成分,而助于交尾,但雌性外生殖器中未检测到PBPs的表达。5、明确了三个PBPs在雌雄成虫四种器官蛋白水平的表达情况。通过克隆获得了三个性信息素结合蛋白PBPs基因的全长序列,序列比对分析及三维结构预测表明PBP1、PBP2、PBP3均具有性信息素结合蛋白的典型结构特征。重组表达的沙棘木蠢蛾PBP1-3蛋白存在于包涵体中,通过包涵体破碎、复性、纯化后,在约16kDa处出现单一的预期条带。蛋白质免疫印迹Western Blot结果几乎与mRNA水平一致。其在沙棘木蠢蛾的表达器官是:PBP1蛋白在雄性触角、足、外生殖器、下唇须,以及雌性触角和足上有表达;PBP2蛋白仅在触角中表达;PBP3蛋白在雄性触角和足,雌性触角上有表达。表达的数量关系是:触角是PBPs蛋白表达量最高的器官,雄性触角的表达量大于雌性触角,且PBP1>PBP3>PBP2,均支持沙棘木蠢蛾雄性触角是PBPs表达的主要器官,且PBP1和PBP3是主要参与触角性信息素识别的蛋白;此外,除触角外,PBP1、PBP3在足的表达量最高且雄性外生殖器表达PBPs蛋白,这也均支持雄性外生殖器及足在沙棘木蠢蛾性信息素识别过程中起辅助作用。6、明确了沙棘木蠢蛾三种PBPs与性信息素成分、性信息素类似物及沙棘挥发物的结合能力。PBP1和PBP3与两种性信息素成分的结合能力强,且PBP1对性信息素成分的探测及结合能力强于PBP3。与性信息素类似物脂类物质的结合,说明PBP1与PBP3不能区别性信息素类似物的14个碳的碳双键位置、结构顺反及残基差异;PBP2仅能适当区别碳双键位置及异构体差异。与植物挥发物的结合结果表明,PBP1也有帮助沙棘木蠢蛾识别寄主沙棘的作用。综上,触角特别是雄性触角是沙棘木蠹蛾性信息素识别的主要器官,此外雄性足和外生殖器对性信息素识别有辅助作用。PBP1在四种具有嗅觉功能的器官中表达量均最高,其结合性信息素能力最强,是主要的识别性信息素成分的蛋白;同时也结合沙棘挥发物,推测其能帮助沙棘木蠢蛾识别寄主沙棘。PBP3的表达量仅次于PBP1,其结合性信息素成分的能力较强,与沙棘挥发物结合力弱,所以PBP3是另一个大量结合、识别性信息素成分的蛋白。PBP2表达量低,整体结合性信息素能力弱,但能适当区分性信息素结构差异,推测在性信息素识别的特异性方面有贡献。