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昆虫个体之间以及个体与环境之间的关系主要依靠化学通讯来调节,嗅觉是昆虫主要的行为反应模式,通过位于嗅觉组织表面的各类嗅觉感受器,昆虫能够感受到环境中大量的气味信息,产生相应的生理或行为反应,如寻找寄主植物、交配产卵、躲避危险等。昆虫特别是蛾类昆虫两性间的化学通讯具有高度的灵敏性和种特异性,根据这一特性设计的性引诱剂已经广泛应用于害虫的种群监测和害虫防治的实践中。目前发展的害虫引诱剂有诸多缺点,如结构不稳定、通常只能引诱雄虫等,这对于多次交配的鳞翅目害虫防治效果并不理想,主要原因是对害虫嗅觉识别的分子机理的研究不够深入。研究表明在昆虫外周感受器中有多种蛋白参与了嗅觉识别的过程,如气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)、气味降解酶(Odorant degrading enzyme, ODEs).气味受体(Odorant receptors,ORs；Ionotropic receptors,IRs)、感觉神经元膜蛋白(Sensory neuron membrane proteins,SNMPs)等,在鳞翅目中对于气味结合蛋白的研究较多,而对于OR及SNMP的研究较少。OR位于感觉神经树突膜上,外界的气味信号在这里转化为电信号,而SNMP可能在外界气味分子顺利到达进而激活气味受体的过程中起重要作用。本研究针对我国重要农业害虫甜菜夜蛾Spodoptera exigua寻找寄主植物及雌雄个体间的交流的分子机理进行研究,克隆了甜菜夜蛾雄虫识别雌虫性信息素的性信息素受体基因(OR6,OR11,OR13,OR16),通过体外表达和电生理记录研究了这些受体的功能；克隆和鉴定了2个在甜菜夜蛾寻找寄主过程中起重要作用的气味受体基因(OR3,OR18):克隆了2个SNMP基因并对其进行了感器定位研究,探讨了SNMP在性信息素识别过程中的可能作用。主要结果如下：1甜菜夜蛾性信息素受体基因的鉴定、表达分析和功能研究通过同源克隆的方法在甜菜夜蛾触角中获得4个性信息素受体(PR)基因片段,进一步通过RACE技术获得全长,并登录到GenBank,基因名称(GenBank登录号)分别为SexiOR6(KC299916)、SexiOR11(KC299917)、SexiOR13(KC299918)和SexiOR16(KC299919)。进化树分析表明,这4个PR与已经报道的鳞翅目昆虫性信息素受体聚类到一个亚族。利用实时荧光定量PCR(qPCR)进行表达水平的测定,发现这4个PR都在触角中高表达,其中SexiOR6、SexiOR13和sexiOR16主要在雄虫触角中高表达,这与雄虫利用这些受体感受雌虫性信息素的功能相一致；SexiOR11在雌雄虫触角中均高表达；另外,4个基因在其它的嗅觉组织(如下唇须和喙)中也有微量表达。PR的这种表达模式与昆虫行为反应的关系有待进一步研究。进一步比较这4个PR在触角中的表达量发现,在雄虫触角中SexiOR6(?)勺表达量最高,约为其它3个PR的10倍左右,这与其它近缘种的几种性信息素受体的表达量差异不一致,可能缘于昆虫种间的差异。在非洲爪蟾卵母细胞(Xenopus oocytes)分别对4个PR和Orco基因进行共表达,并用双电极电压钳记录系统测定PR/Orco对性信息素组分的反应,结果显示,SexiOR13和SexiOR16对甜菜夜蛾的性信息素都有反应。比较而言,SexiOR13对Z9,E12-14:OAc和Z9-14:OAc的反应最大,但对Z9,E12-14:OAc的灵敏度(EC50=3.158×10-6M)是Z9-14:OAc(EC50=1.203×10-5M)的4倍左右。而SexiOR16对Z9-14:OH的反应最大,灵敏度很高(EC50=9.690×10-7M)。研究结果为进一步明确性信息素感受的分子机制奠定了基础。2甜菜夜蛾普通气味受体基因的鉴定、定位和功能研究利用同源克隆的方法从甜菜夜蛾触角中获得2个普通气味受体基因片段,并通过RACE技术获得全长cDNA.2个基因名称(GenBank登录号)分别为SexiOR3(JF747606)和SexiOR18(JN873314).进化分析发现,这2个OR属于庞大的普通气味受体亚家族。qPCR测定发现,2个普通气味受体主要在触角中表达,但不同于性信息素受体的是,它们在雌虫触角中的表达量显著高于雄虫触角。利用原位杂交技术(in situ hybridization)定位了这2个基因以及Orco基因在成虫触角中的表达,发现SexiOR3主要在短毛形感器下表达,长毛形感器下少量表达而在腔锥形感器和刺形感器下没有表达；SexiOR18主要在毛形感器(包括长毛形感器和短毛形感器)和锥形感器下表达,而在腔锥形感器和刺形感器下不表达；SexiOrco基因的表达比较广泛,在毛形感器、锥形感器、腔锥形感器下都有表达,但在栓锥形感器和刺形感器中没有表达。利用非洲爪蟾卵母细胞进行异源表达SexiOR3和SexiOR18,然后用双电极电压钳记录系统测定了3个OR对62种植物气味的反应。结果表明,SexiOR3仅对E-β-法尼烯、法尼醇、橙花叔醇、香叶醇和己酸壬酯有明显的反应,其中对E-β-法尼烯的反应最强,EC50=3.599×10-7M。进一步筛选发现苯乙醛能显著抑制SexiOR3对E-β-法尼烯的反应,且在高浓度时抑制作用更强,而对其它几种能引起SexiOR3反应的化合物没有抑制作用,推测苯乙醛是SexiOR3识别E-β-法尼烯的抑制剂。SexiOR18对所测定的普通气味均无反应,其功能有待于进一步研究。3甜菜夜蛾感觉神经元膜蛋白基因的克隆、序列分析和表达水平研究利用同源克隆的方法从甜菜夜蛾触角中获得2个感觉神经元膜蛋白基因的开放阅读框全长,基因名称(GenBank登录号)分别为SexiSNMP1(JX469106)和SexiSNMP2(JX469107).将2个SNMP进行进化树分析发现,两者分别属于SNMP1和SNMP2亚组,两者间的氨基酸相似度仅29%。qPCR测定发现,SexiSNMP1在成虫触角中特异性表达；SexiSNMP2除在成虫触角中高表达外,在喙和下唇须等组织中也有少量表达。2个SexiSNMP相比较,在雄虫触角中SexiSNMP2的表达量显著高于SexiSNMP1,而在雌虫触角中两者没有差异。利用原位杂交技术定位了这2个基因在雌雄触角中的感器分布,结果显示,SexiSNMP1和SexiSNMP2在毛形感器和锥形感器下都有表达,暗示这2个基因不仅参与感受性信息素而且还参与普通气味的识别。综上所述,本文首次从甜菜夜蛾的触角中克隆了6个气味受体基因和2个感觉神经元膜蛋白基因,测定了这些基因的表达特征,并初步研究了这些基因在性信息素组分及62种普通气味感受中的功能。研究结果为明确甜菜夜蛾的气味感受机制,以及开发新型、高效的害虫行为调控技术提供了重要依据。