夜蛾类昆虫迁飞过程中保幼激素与卵黄蛋白基因表达季节动态

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夜蛾类昆虫许多种类是重要的农业害虫,对农作物造成毁灭性的危害。迁飞是昆虫在长期进化过程中形成的对生境的季节性适应,从空间上逃避不利于种群生长和繁殖的环境条件,可以分为兼性迁飞和专性迁飞。迁飞性害虫常造成异地突然暴发成灾,给农业生产带来严重损失。昆虫迁飞诱导和调控、迁飞与生殖关系等方面一直是昆虫迁飞研究领域中的热点科学问题。论文针对夜蛾科重要害虫中兼性迁飞的棉铃虫、专性迁飞的小地老虎和粘虫种群季节性迁飞动态规律,迁飞与生殖的相互关系、迁飞种群的JH含量变化、关联基因季节表达规律、Vg季节表达动态等进行了较为系统的研究,主要研究结果如下:测定了室内人工饲养棉铃虫种群和长岛野外季节性迁飞种群的保幼激素滴度,并分析了与保幼激素合成和代谢的关键酶的基因的表达动态。明确了3日龄雌蛾和2日龄雄蛾JH滴度达到峰值。不同日龄雌雄成虫的保幼激素合成和代谢调节关联的关键基因:HaJhamt, HaJhe和HaJheh的表达谱分析表明,HaJhamt, HaJhe和HaJheh在棉铃虫不同日龄期均有不同程度的表达。成虫期营养对JH合成和代谢关键基因有显著影响,HaJhe和HaJheh的表达趋势相反。成虫交配经历对HaJhamt的表达无显著显影响,但可以下调雄虫HaJheh表达,上调雌雄成虫HaJhe的表达。迁飞棉铃虫雌雄成虫JH的季节变化规律显示了一致的趋势,从初夏到秋季,整个迁飞种群中棉铃虫成虫JH的含量整体呈上升趋势。调控JH合成和降解的关键基因的季节表达差异显示出与JH滴度吻合的表达动态,HaJhamt9月和10月份迁飞个体的表达量显著高于6月;HaJheh和HaJhe则是7月份迁飞的雌雄成虫表达量显著高于9-10月。因此,保幼激素合成和代谢的关键酶的基因的表达与季节性JH滴度水平存在明显的关联性。从卵黄原蛋白基因mRNA表达水平动态变化分析与迁飞棉铃虫的繁殖生物学。不同日龄雌蛾Havg基因的表达呈现先激增后降低的表达模式,交配与成虫期营养对Havg表达影响差异不显著。迁飞棉铃虫雌虫卵黄原蛋白基因mRNA的表达水平随着季节呈下降趋势,8-10月份迁飞个体的Havg表达量显著低于6月。卵黄原蛋白基因mRNA季节性表达动态与长岛野外观测站长期对迁飞成虫解剖监测期卵巢发育水平及交配比率高度一致。以基因----激素----生殖反馈调控为主线,分析了专性迁飞的粘虫和小地老虎的迁飞生殖生物学。根据JHAMT、JHEH、JHE和Vg基因的保守区域,克隆了粘虫、小地老虎保幼激素合成、代谢几个关键调控基因和卵黄原蛋白基因,分别命名为MsJhamt、AyJhamt; MsJheh、 AyJhehl、AyJheh2; MsJhe、AyJhe; Ayvg和Msvg,明确了这些基因的分子特征和进化结构。用I-SATTER对JHAMT、JHE、JHE三种蛋白进行了同源建模,得到可靠性较高的结果,为今后进一步深入研究保幼激素合成代谢调控通路提供结构基础。分析测定了小地老虎和粘虫成虫季节迁飞过程中保幼激素滴度及关键基因的表达水平与JH含量相关性。结果表明:AyJhamt不同月份迁飞个体的表达量无显著差异,AyJheh1、 AyJheh2和AyJhe表达水平在不同月份之间差异较大,但缺乏季节趋势性规律。粘虫JH合成和降解途径中关键基因MsJhamt、MsJheh和MsJhe季节mRNA表达动态在少量月份之间有差异,亦无明显的季节性规律。基因的表达水平可以进一步在JH滴度水平体现,迁飞小地老虎雌雄成虫保幼激素的含量个体之间有差异,但总体季节变化规律波动差异不显著,平均水平比较稳定地维持在11-14ng/mg左右的低水平。迁飞粘虫雌雄成虫JH的季节规律趋势相同,季节性JH含量比较稳定,平均水平维持在12-16ng/mg。测定了小地老虎和粘虫季节迁飞过程中卵黄原蛋白基因的表达,两种专性迁飞夜蛾均显示出6月份迁飞成虫Vg表达量最高,9月份迁飞成虫Vg表达量最低,季节性差异明显。Vg的表达水平与长岛迁飞昆虫观测站多年对小地老虎和粘虫季节迁飞种群动态、雌蛾卵巢发育级别和交配率情况高度一致。在低卵巢发育级别时期,Vg相对表达量极低,随着卵巢发育级别的增加,表达水平逐渐增加,在卵巢发育接近3级时,Vg表达水平达到极值。表明迁飞种群Vg基因mRNA的表达水平与卵巢发育级别高度相关。从棉铃虫和小地老虎、粘虫三种迁飞性夜蛾科昆虫迁飞过程中调控JH合成和降解代谢的基因,保幼激素水平、卵黄原蛋白表达、卵巢发育等综合分析,兼性迁飞的棉铃虫与专性迁飞的粘虫和小地老虎,保幼激素对季节性迁飞过程中成虫生殖的调控作用模式不同。JH在棉铃虫季节性迁飞中对成虫生殖调控起明显的互反馈调控,而小地老虎和粘虫则没有呈现明显的关联性。因此,兼性迁飞棉铃虫成虫在迁飞过程中成虫生殖比较复杂,远距离迁飞可以促进JH滴度上升,随着JH含量上升,在迁飞过程中可以促进成虫卵巢的发育,因此迁飞过程中JH可能对生殖起到明显反馈调控作用。专性迁飞的小地老虎和粘虫,JH合成和代谢关键基因的季节性表达量无季节趋势性规律,平均JH水平维持低水平,JH含量在迁飞过程中保持低水平与卵巢发育动态变化无关联性,因此在迁飞成虫生殖调控中,JH可能起到的作用相对较小。
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