川硬皮肿腿蜂SsicOBP3基因的克隆、表达与功能分析

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川硬皮肿腿蜂(Scleroderma sichuanensis Xiao)于1994年在四川泸县被发现,为天牛外寄生蜂,是控制天牛类钻蛀性害虫的优良天敌。川硬皮肿腿蜂寄主范围广,搜索、攻击能力强,寄生率高,发育周期短,繁殖力强,具有重要的生物防治价值。然而由于长期在室内利用替代寄主进行大量繁殖,导致川硬皮肿腿蜂出现了退化现象,在林间开展天牛生物防治时,发现川硬皮肿腿蜂寄主搜索能力有所下降,防治效果降低。为了恢复和提高川硬皮肿腿蜂防治天牛的效果,需要对其进行复壮,提高寄主搜索寄生能力。气味结合蛋白(OBPs)是位于嗅觉感受细胞树突周围的感觉器腔内的一种球状蛋白,能与脂溶性的气味分子特异性结合并运送到受体位点,在昆虫搜索寄主行为中起着重要的作用。因此,本试验以室内利用替代寄主繁殖的川硬皮肿腿蜂为研究对象,采用PCR技术克隆出一个川硬皮肿腿蜂气味结合蛋白Ssic OBP3基因,利用大肠杆菌原核表达系统体外大量表达出该蛋白,采用荧光竞争结合实验测试该蛋白与松墨天牛虫粪及其寄主植物挥发物的结合特性,用结合能力强的挥发性物质对川硬皮肿腿蜂进行学习处理,并采用实时荧光定量PCR技术分析了Ssic OBP3在不同组织的表达谱及不同学习处理后的表达谱,用Y形嗅觉仪测定不同学习处理后川硬皮肿腿蜂的行为趋性,研究结果如下:(1)川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3基因的克隆、表达及纯化通过PCR扩增技术成功得到了1个具有完整编码结构的Ssic OBP3基因,该基因包含一个长411 bp的开放阅读框,编码136个氨基酸,含6个保守的半胱氨酸残基,符合气味结合蛋白序列结构的典型特征。利用大肠杆菌原核表达系统成功构建了Ssic OBP3原核表达载体,通过Ni-NTA亲和层析技术,在上清中得到了大量的含His-tag标签的纯化重组蛋白。(2)川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3的组织特异性及生物信息学分析采用荧光定量PCR技术,分析川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3在不同组织(触角、头、胸、腹、足)中表达情况,除了足部以外,川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3在雌成蜂初期的各个组织中均有表达,且触角中的表达量极显著高于其它部位(p<0.01)。生物信息学分析表明Ssic OBP3可能为一个水溶性的酸性小分子分泌蛋白,属于PBP_GOBP超家族,与松褐天牛肿腿蜂Ssp OBP4的亲缘关系最近,表明这两种气味结合蛋白可能起着同源化学感受功能。以黑花蝇OBP56a为模板,成功构建了Ssic OBP3的三维模型,Ssic OBP3含6个α螺旋,6个保守的半胱氨酸残基形成3个二硫键,符合气味结合蛋白的典型特征,其中α1、α3、α4、α5、α6这5个螺旋形成了一个疏水性的口袋状结构,推测这个结构可能为Ssic OBP3与脂溶性的气味分子的结合的活性区域。(3)川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3配体结合特性以1-NPN作为荧光结合实验的探针。利用荧光竞争结合实验测定了川硬皮肿腿蜂Ssic OBP3在中性(p H=7.4)和酸性(p H=5.0)环境下与马尾松、云南松植株挥发物组份、松褐天牛幼虫虫粪等气味物质的结合特性。Ssic OBP3在中性(p H=7.4)和酸性(p H=5.0)条件下与α-蒎烯的有较强的结合能力、与(+)-3-蒈烯有较弱的结合能力,(R)-(+)-苎烯在仅中性(p H=7.4)条件下有较弱的结合能力,(1R)-(+)-α-蒎烯仅在酸性(p H=5.0)条件下有较弱的结合能力。(4)学习行为对川硬皮肿腿蜂行为趋性和Ssic OBP3基因表达的影响双向选择试验结果表明,经历了10 mmol/L的混合气味物质学习处理后的川硬皮肿腿蜂,在学习后2 d对味源的选择性达到了显著水平;经历了100 mmol/L的混合气味物质学习处理后的川硬皮肿腿蜂,在学习后2 d对味源的选择性达到了极显著水平,在学习后4 d对味源的选择性达到了显著水平。实时荧光定量结果表明学习经历能影响Ssic OBP3基因的表达量,在经历100 mmol/L混合气味物质学习后2 d时,川硬皮肿腿蜂的气味结合蛋白Ssic OBP3基因表达量最高。
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