中华通草蛉飞行能量代谢及差异表达基因分析

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中华通草蛉Chrysoperla sinica(Tjeder)是多种农作物害虫的重要捕食性天敌之一。成虫具有远距离迁移扩散习性,这一习性会造成迁出地中华通草蛉种群数量的减少,进而降低其对害虫的控制作用。因此,研究掌握中华通草蛉飞行行为及其调控机理,对于保护利用中华通草蛉、提升中华通草蛉及其寄主种群的预测预报水平以及增强其在害虫生物防治中的控害效能等方面都具有重要的现实意义。已有研究表明不同生物因素(日龄、性别、交配与否)显著影响中华通草蛉飞行能力,而与此相关的生理生化基础尚不明确。为此,本研究从能量代谢角度出发,研究中华通草蛉飞行中能源物质消耗,同时建立转录组数据库,并对相关差异表达基因进行表达模式研究,从而初步揭示中华通草蛉飞行活动的调控机制,并为保护利用中华通草蛉、增强其控害效能提供新的理论依据。具体研究结果如下:1.研究测定了不同日龄、性别及交配状态下中华通草蛉的能源物质累积和飞行消耗。结果显示:2日龄雌虫体内糖原和蛋白质含量达到最高,分别为14.423 mg/g和8.92mg/g;3日龄雌雄成虫在交配前后体内的脂肪含量差异显著(P<0.05),而5日龄则无显著差异;累计飞行0.3 km和0.6 km后,3日龄雌雄成虫体内糖原与脂肪含量均显著下降,而蛋白质含量无显著下降。研究表明,中华通草蛉飞行过程中以糖原和脂肪消耗为主,而不同日龄和交配状态下中华通草蛉体内脂肪和糖原累积量不同,这可能是造成其飞行能力差异的原因之一。2.建立了2日龄未交配、3日龄未交配和3日龄已交配中华通草蛉的转录组数据库。序列组装拼接后得到了109165个unigenes,序列总长度为92553217 bp。差异表达分析表明,3日龄相比于2日龄未交配雌虫共差异表达4086个unigenes,其中上调基因有1405个,下调基因有2681个;在3日龄未交配雌虫相比与3日龄已交配雌虫之间有2211个差异表达基因,其中798个基因上调,1413个基因下调。GO功能和KEGG富集分析表明,2日龄与3日龄未交配雌虫之间的差异表达基因主要是与飞行能力、生理和能量直接相关的代谢有显著关联,其中差异表达关键基因有谷胱甘肽水解酶(GGT)、特异性谷氨酸脱氢酶(GDH)和酸性氨基酸脱羧酶(CDL1)基因;3日龄雌虫交配前后之间的差异基因主要与飞行能力和生理相关,还显著富集在能量供应、生殖生理、消化和排泄系统,其中关键基因有氨肽酶(APN)、血管紧张素转换酶(ACE)基因。因此推测这些差异表达的关键基因对中华通草蛉的飞行行为有调控作用,且是造成不同生物因素下个体飞行能力差异的原因之一。3.扩增获得了3日龄中华通草蛉雌成虫交配前后差异表达APN基因的c DNA全长序列,并进行了序列分析、蛋白结构以及系统发育分析。q RT-PCR结果显示,该基因在中华通草蛉不同日龄及交配状态中均有表达,5日龄雌雄成虫显著高于2日龄与3日龄成虫,但2日龄与3日龄雌雄成虫间表达量均无显著差异;3日龄交配后雌虫与未交配雌虫相比表达下调,3日龄雄虫在交配前后的表达量有显著差异,而5日龄雌雄成虫的表达量在交配前后均无显著差异。研究结果初步表明,中华通草蛉APN基因参与了不同交配状态下成虫飞行能力的调控。
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