【摘 要】
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莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila是入侵我国恶性杂草喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides的专食性天敌昆虫,主要依靠嗅觉系统识别寄主植物的主要挥发物反-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯(DMNT)与非寄主植物释放的顺-3-己烯醇((Z)-3-hexenol)的特异性比例来寻找定位寄主植物。气味受体(odorant receptor)在其嗅觉识别过程中发
【基金项目】
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山西省应用基础研究计划项目(201901D211354); 山西农业大学2018年引进人才博士科研启动项目(2018YJ13);
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莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila是入侵我国恶性杂草喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides的专食性天敌昆虫,主要依靠嗅觉系统识别寄主植物的主要挥发物反-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯(DMNT)与非寄主植物释放的顺-3-己烯醇((Z)-3-hexenol)的特异性比例来寻找定位寄主植物。气味受体(odorant receptor)在其嗅觉识别过程中发挥关键作用,对莲草直胸跳甲非典型气味受体(odorant receptor coreceptor,Orco)的功能研究,将为阐明其寄主专一性的嗅觉识别机制奠定基础。本研究首先对莲草直胸跳甲的Orco基因进行克隆鉴定,并进行了生物信息学分析,然后利用q PCR技术对Orco基因在莲草直胸跳甲不同发育阶段和不同部位的表达量进行检测,最后通过RNAi技术结合行为学分析鉴定莲草直胸跳甲Orco基因的功能。主要研究结果如下:克隆了莲草直胸跳甲Orco序列全长序列1771 bp,编码479个氨基酸,分子量大小为53943.64 Da,等电点为8.36,属于碱性蛋白质,共有7个跨膜结构域,N端在胞内,C端在胞外,亚细胞定位在细胞膜,没有信号肽,不属于分泌蛋白,同时该蛋白存在5个潜在的磷酸化位点;在第70-469位氨基酸处有1个Pfam7tm-6的保守结构域;二级结构以α螺旋(Alpha helix,Hh),β折叠(Extend strand,Ee),β转角(Beta turn,Bt)和无规则卷曲(Random coil,Cc)组成;预测得到三级结构为同源四聚体,四个亚基对称地围绕一个中心孔排列,每个亚基具有潜在配体结合位点关键氨基酸Trp(W108)、Ser(S111)、Gln(Q231)、Arg(R337)、His(H340);莲草直胸跳甲Orco进化上非常保守,与同目昆虫玉米根萤叶甲Diabrotica virgifera virgifera的亲缘关系最近,相似性高达90.23%。利用q PCR技术对莲草直胸跳甲不同发育阶段(卵、二龄幼虫、三龄幼虫、蛹和成虫)和成虫不同部位(触角、头、胸、腹、足、翅)中Orco基因的相对表达量进行检测。结果表明,Orco基因在成虫阶段高度表达,在其他阶段表达量极低;在雌雄触角中高度表达,两者无差异,在去掉触角的头中少量表达,在其它组织几乎不表达。利用RNAi技术降低Orco基因的表达,并用q PCR检测莲草直胸跳甲Orco基因的干扰效率。结果显示,注射ds RNA 4 d和5 d后,莲草直胸跳甲Orco基因表达量显著降低,干扰效率最高,约50%。基因干扰后莲草直胸跳甲体型消瘦,体重比对照组明显减轻,可见RNA干扰影响了跳甲的取食。行为选择实验表明注射ds EGFP的莲草直胸跳甲成虫较为活跃,可以准确定位寄主植物,而注射ds Orco的成虫很难找到寄主植物,由于对气味分子不灵敏导致选择寄主植物时具有盲目性。对莲草直胸跳甲的雌雄成虫的选择行为进行分析,表明雌虫比雄虫对寄主植物具有更强的敏感性和识别性,基因干扰后出现不选择或负选择的情况,而雄虫对寄主的选择性不强,基因干扰对雄虫寄主选择的影响较小。综上,我们认为Orco参与莲草直胸跳甲的寄主识别过程,基因表达敲低后导致跳甲出现严重的嗅觉缺陷,寄主选择偏好显著降低。本研究可为进一步探索莲草直胸跳甲识别关键植物挥发物OR基因筛选鉴定,进而阐明其寄主专一性的嗅觉机制奠定基础。
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