【摘 要】
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昆虫高度敏锐的嗅觉系统在其寻找寄主植物、觅食、选择产卵场所、种群生存、繁衍等行为活动中发挥着重要的作用。昆虫嗅觉系统中最主要的器官是触角,触角上着生嗅觉感器及其包含的各种嗅觉相关蛋白,它们通过参与昆虫对外界气味化合物的识别对昆虫的行为活动进行调控。研究发现,昆虫对外界气味信息分子的嗅觉识别过程中可能涉及到多种嗅觉相关蛋白的共同参与,主要组分包括气味受体（odorant receptors,ORs）
【基金项目】
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山东省农业重大应用技术创新项目（20182130106）； 山东省自然科学基金面上项目（ZR2020MC122）； 山东省自然科学基金（ZR2020QC132）； 国家自然科学基金青年基金项目（32102303）；
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昆虫高度敏锐的嗅觉系统在其寻找寄主植物、觅食、选择产卵场所、种群生存、繁衍等行为活动中发挥着重要的作用。昆虫嗅觉系统中最主要的器官是触角,触角上着生嗅觉感器及其包含的各种嗅觉相关蛋白,它们通过参与昆虫对外界气味化合物的识别对昆虫的行为活动进行调控。研究发现,昆虫对外界气味信息分子的嗅觉识别过程中可能涉及到多种嗅觉相关蛋白的共同参与,主要组分包括气味受体（odorant receptors,ORs）、离子型受体（ionotropic receptors,IRs）、气味结合蛋白（odorant binding proteins,OBPs）、化学感受蛋白（chemosensory proteins,CSPs）和感觉神经元膜蛋白（sensory neuron membrane proteins,SNMPs）等。本研究通过对小贯小绿叶蝉（Empoasca onukii Matsuda）雌雄成虫的触角进行转录组测序,鉴定出小贯小绿叶蝉嗅觉相关基因并利用qRT-PCR对其进行相应的表达量和表达谱分析;为后期筛选出成虫触角显著性高表达的嗅觉受体基因进行克隆验证嗅觉受体基因在叶蝉嗅觉识别信息素中的功能奠定基础。主要研究结果如下:1.以小贯小绿叶蝉雌雄成虫触角的总RNA为模板,构建cDNA文库。采用了DNBSEQ（DNA Nanoball Sequence）测序平台,共得到了37.98 GB数据,组装并除去冗余数据后总共得到84,213个unigenes,全长约88,322,799 bp,平均长度大约1,048 bp,其中N50长度大约为2,136 bp,GC含量约为39.06%。在总共鉴定到的84,213个功能基因中,有近41,772（49.60%）个功能基因在NR、NT、GO、KEGG、KOG、Pfam、Swiss Prot数据库中直接得到基因注释,注释结果分别为物种注释数据库NR中有39,631（47.06%）个unigenes、NT中有12,375（14.69%）个unigenes、GO中有23,617（28.04%）个unigenes、KEGG中有32,181（38.21%）个unigenes、KOG中有29,240（34.72%）个unigenes、Pfam中有27,400（32.54%）个unigenes以及Swiss Prot中有30,180（35.84%）个unigenes。对小贯小绿叶蝉雌雄成虫触角进行转录组学分析,共鉴定到25个嗅觉相关基因,分别为12个ORs、8个IRs、3个GRs和2个SNMPs。在所得的基因中,除Eonu Orco、Eonu OR5、Eonu OR6、Eonu OR8、Eonu IR1、Eonu IR2和Eonu IR6外,其余开放阅读框（ORF）都是完整的氨基酸序列,ORF序列长度从339 bp到2,697 bp不等,编码113到899个氨基酸不等。2个SNMPs基因都包含了完整的ORF,ORF长度在1,437bp到2,439 bp之间,编码479到813个氨基酸。2.qRT-PCR分析ORs、IRs、GRs和SNMPs在叶蝉不同组织中的表达特性,结果表明12个ORs主要在雌雄成虫触角中显著性表达,其中Eonu Orco在触角中相对高表达且在雌虫触角中高表达,预测Orco可能具有定位寄主植物的功能;6个ORs基因（Eonu OR1/2/4/6/8/10）在雄虫触角中显著性高表达,推断这类基因在性信息素分子识别上发挥作用;Eonu OR3基因在雌虫足中显著性高表达,该基因可能具有检验寄主挥发性或非挥发性化合物的作用;Eonu OR5基因和Eonu OR9基因在雌虫头部表达量较高,Eonu OR11基因在雌虫身体中高表达,同时在雌虫头部和雄虫触角中表达水平较高;另外还鉴定出一个非组织特异性基因Eonu OR7,该基因广泛表达于叶蝉的多种组织中并且表达水平无差异。8个IRs基因主要在雌雄成虫触角中显著性表达,其中3个IRs基因（Eonu IR1、Eonu IR25a、Eonu IR25a-like）在雄虫触角中显著性高表达,2个IR基因（Eonu IR6和Eonu NMDAR3）在雌虫触角中高表达,在其他组织中无显著性差异,推断该基因参与了产卵地点的选择以及识别寄主一般气味分子的过程;另外,Eonu IR2基因在雌虫头部显著性高表达;Eonu NMDAR2基因在雌虫足中显著性高表达,该基因可能具有识别寄主挥发性或非挥发性化合物的功能;Eonu NMDAR1为非组织特异性基因。3个GRs基因在叶蝉各组织中表达较为广泛,其中Eonu GR1在雌虫身体中显著性高表达,Eonu GR2在雄虫身体中的表达量相对较高,Eonu GR3在雄虫触角中显著性高表达。对于SNMPs,Eonu SNMP1为非组织特异性基因,Eonu SNMP2在雌虫头部显著性高表达。上述研究结果为后期研究小贯小绿叶蝉嗅觉受体基因的功能,开发以嗅觉受体为靶标的叶蝉行为调控剂奠定了生物学基础。
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