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昆虫对环境的惊人适应性,一个重要原因是具有发达的感觉外部环境的能力,特别是化感能力。昆虫依靠化学感受完成求偶、觅食及防御等很多重要的生理和行为过程。在蛾类昆虫中,雌雄间的性信息素通讯具有极高的灵敏性和种特异性,通常是由雌虫在特定的腺体内合成种特异性(特定组分及比例)的性信息素并释放到体外,同种雄虫个体则对性信息素进行感受并趋近雌虫,最后完成雌雄间的交配。二化螟(Chilo suppressalis)属于鳞翅目螟蛾科昆虫,是世界范围重要的水稻害虫,对其性信息素通讯的分子机制进行研究,可以指导田间利用性信息素对二化螟的防治,并为开发高效的行为调控技术提供新靶标。迄今,有关二化螟性信息素合成以及产卵行为相关的化感机制的研究甚少,本文对二化螟腺体-产卵器的转录组进行了测序并基于该转录组数据,将生物信息学与分子生物学技术相结合,鉴定了 32个性信息素合成相关基因和30个化学感受相关基因,其中56个基因在二化螟中是首次发现。在此基础上,通过RT-PCR及qPCR的方法,测定了这些基因在mRNA水平上的组织表达动态。另外,为了探究二化螟产卵器及足的化学感受功能,利用扫描电镜对两个组织表面的感受器进行了观察。主要结果如下:1.二化螟腺体-产卵器转录组测序及生物信息学分析通过IlluminaHiSeqTM2000高通量测序平台测序和Trinity拼接,最终在二化螟腺体-产卵器转录组中得到37,619个Unigene,其中18,037个Unigene可以进行同源比对。在这18,037个Unigene中,57.97%比对上黑脉金斑蝶(Danaus plexippus),6.49%比对上家蚕(Bombyx mori),4.09%比对上甜橘凤蝶(Papilio xuthus),2.57%比对上赤拟谷盗(Tribolium castaneum)。利用 BLAST2GO,在这 37,619 个 Unigene 中有 8,506个Unigene可以进行GO分类,累计有31,874,18,952及9,636个基因分别被归类为生物学过程(biological process),细胞组分(cellular component)和分子功能(molecular function)三个不同的亚类;进一步细分后,累计62.53%的Unigene 归类为细胞代谢过程(cellular process),52.92%可归类为生物体代谢过程(metabolic process),51.98%可归类为结合蛋白(binding),分别有50.48%可归类为细胞(cell)和细胞组成(cell part)。测序结果为二化螟相关代谢途径及基因功能的研究提供了重要基础。2.二化螟性信息素合成基因的鉴定、序列分析及表达谱测定二化螟的3种主要性信息素组分为Z11-16:Ald、Z13-18:Ald和Z9-16:Ald,关于其生物合成的分子机制研究尚属空白。基于腺体-产卵器的转录组数据分析,共鉴定了 32个性信息素合成相关基因,包括1个脂肪酸合成酶(FAS)基因、6个去饱和酶(Dess)基因、10个脂肪酸还原酶(FARs)基因、2个乙酰辅酶A氧化酶(ACOs)基因、1个乙酰辅酶A羧酸醋酶(ACC)基因、4个脂肪酸转运蛋白(FATPs)基因、3个乙酰辅酶A结合蛋白(ACBPs)基因和5个超长碳链延伸酶(ELOs)基因。组织表达谱分析显示,32个基因中,只有2个去饱和酶(CsupDes4和CsupDes5)基因和1个脂肪酸还原酶(CsupFAR2)基因具有性信息素腺体高表达的特点,并且与已报道的性信息素合成相关基因聚在一起,暗示这3个基因参与二化螟性信息素的合成过程。3.二化螟化学感受基因的鉴定、序列分析及表达谱测定产卵器的化感作用在昆虫对产卵寄主及部位的选择中起重要作用,但其分子机制仍未得到阐释。基于二化螟雌虫腺体-产卵器的转录组数据,共鉴定到30个可能的化学感受相关基因,包括8个气味结合蛋白(OBPs)基因、10个化学感受蛋白(CSPs)基因、2个气味受体(ORs)基因、1个感受神经元膜蛋白(SNMP)基因、8个羧酸酯酶(CXEs)基因和1个醛氧化酶(AOX)基因。组织表达谱分析结果表明,所有化感相关基因均不具产卵器特异性,且除CsupCSP2和CsupCSP10为产卵器高表达外,其它化感基因均为触角高表达,说明相同的化感基因在产卵器和触角中均有表达,但在两类组织中参与不同的生理学过程。另外,在二化螟的腺体-产卵器内没有检测到信息素结合蛋白(PBP)基因的表达。4.二化螟产卵器及足上感受器的扫描电镜观察通过扫描电镜观察,发现二化螟的产卵器由腹部末端几节特化而成,相互嵌套。产卵器的顶端较平坦,分布有许多长刺形感器;产卵孔附近有1根粗且长的疑似毛形感器。在雌雄虫足的胫节表面发现有刺形感器和鳞形感器。刺形感器又分为2种,一种是较长的A型刺形感器,是雌虫前足上主要的感器类型,在雄虫足上也有大量分布;另一种是较短的B型刺形感器,主要分布在雄虫后足上。另外,在雌虫中、后足上还各发现了 一根鳞形感器。从感器的数量来看,雄虫后足上的感器要明显多于雌虫后足,而雌虫前足上的感器要多于雄虫前足。研究结果为产卵器和足在雌蛾产卵过程中的化感作用提供了形态学依据。