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昆虫气味结合蛋白(Odorant binding proteins, OBPs)可检测和运载气味分子,在气味分子的特异性结合和选择运输上具有重要的研究意义。如果探明OBPs的功能及与气味分子的结合机制,则可为通过测定OBPs与配基结合能力进而筛选对昆虫可能具有行为活性的物质奠定基础。为此,本学位论文以林业重要害虫松褐天牛MonochamusalternatusHope为研究对象,在课题组已构建的松褐天牛转录组的基础上,分析了其OBPs基因MaltOBP1和MaltOBP18的表达特性;利用荧光竞争结合和圆二色谱分析,测定了重组MaltOBP1和MaltOBP18在中性和酸性条件下与16种马尾松Pinusmassoniana挥发物的结合特性;通过Y-型嗅觉仪检测了松褐天牛成虫与MaltOBP1和MaltOBP18具有高结合能力挥发物的行为反应,以期为利用OBPs与配基的相互作用筛选松褐天牛行为活性物质提供理论依据。主要研究结果如下:
1.松褐天牛MaltOBPs的基因克隆和表达
利用RT-PCR技术克隆得到2个OBPs编码基因:MaltOBP1和MaltOBP18,它们登录号分别为EF593044.1、KF977571.1。利用实时荧光定量PCR对上述两个基因在松褐天牛不同时期(羽化后2、4、6、8、10、12、14d)不同组织部位(头、足、翅、触角)的表达量进行测定。结果表明,MaltOBP1和MaltOBP18在雌雄成虫羽化后的各个时期的头、足、翅、触角中均有表达,但MaltOBP1在雌雄虫性成熟后(10、12、14 d)的足与翅中相对高表达,且雌雄虫之间没有显著差异;而MaltOBP18在羽化后各时期的触角及第4d的头、足、翅中相对高表达,除在日龄为12d的雌雄虫触角表达量没有差异外,其余天数MaltOBP18在雌虫触角的表达量极显著高于雄虫触角表达量。选择羽化后第5d的雌雄成虫进行MaltOBP1干扰实验,但干扰效果不佳。
2.松褐天牛MaltOBP1与MaltOBP18原核表达纯化及与配基结合特性分析
成功构建pET32b-MaltOBP1和pET32b-MaltOBP18重组质粒,利用原核表达系统和镍柱亲和层析获得MaltOBP1和MaltOBP18重组蛋白。MaltOBP1和MaltOBP18与16种马尾松挥发物的荧光竞争结合实验表明,除β-石竹烯外,MaltOBP1在中性和酸性条件下与其他15种马尾松挥发物均有良好的结合能力;进一步的分析表明,MaltOBP1与配基的结合能力主要取决于配基的种类,pH值对其影响较小。pH值对MaltOBP18与配基结合能力具有较大影响,MaltOBP18在酸性和中性条件下除与丁羟基二甲苯具有良好的结合能力外,与其他挥发物的结合能力弱或基本不结合;总体看来,除β-石竹烯,MaltOBP18在酸性条件下与其他配基的结合能力均强于中性条件。圆二色谱分析结果表明,外界pH值的变化会引起MaltOBPs结构构象的变化:MaltOBPs中的α-螺旋的数量随pH值的变化而变化,其中MaltOBP1在酸性条件下的α-螺旋少于中性条件下的,在中性条件下较稳定;而MaltOBP18相反,在酸性条件下的α-螺旋多于中性条件下;在两种pH条件下,配基不同配比对蛋白结构均基本没有影响。
3.松褐天牛雌雄成虫对气味物质的行为反应
利用Y-型嗅觉仪测定了松褐天牛对与MaltOBP1和MaltOBP18具有强结合能力的物质丁羟基二甲苯与莰酮的行为活性。结果表明,1%浓度的丁羟基二甲苯对松褐天牛成虫没有显著的行为活性作用;1%浓度的莰酮对松褐天牛雄性成虫具有极显著的吸引作用,对松褐天牛雌性成虫具有显著的忌避作用。
1.松褐天牛MaltOBPs的基因克隆和表达
利用RT-PCR技术克隆得到2个OBPs编码基因:MaltOBP1和MaltOBP18,它们登录号分别为EF593044.1、KF977571.1。利用实时荧光定量PCR对上述两个基因在松褐天牛不同时期(羽化后2、4、6、8、10、12、14d)不同组织部位(头、足、翅、触角)的表达量进行测定。结果表明,MaltOBP1和MaltOBP18在雌雄成虫羽化后的各个时期的头、足、翅、触角中均有表达,但MaltOBP1在雌雄虫性成熟后(10、12、14 d)的足与翅中相对高表达,且雌雄虫之间没有显著差异;而MaltOBP18在羽化后各时期的触角及第4d的头、足、翅中相对高表达,除在日龄为12d的雌雄虫触角表达量没有差异外,其余天数MaltOBP18在雌虫触角的表达量极显著高于雄虫触角表达量。选择羽化后第5d的雌雄成虫进行MaltOBP1干扰实验,但干扰效果不佳。
2.松褐天牛MaltOBP1与MaltOBP18原核表达纯化及与配基结合特性分析
成功构建pET32b-MaltOBP1和pET32b-MaltOBP18重组质粒,利用原核表达系统和镍柱亲和层析获得MaltOBP1和MaltOBP18重组蛋白。MaltOBP1和MaltOBP18与16种马尾松挥发物的荧光竞争结合实验表明,除β-石竹烯外,MaltOBP1在中性和酸性条件下与其他15种马尾松挥发物均有良好的结合能力;进一步的分析表明,MaltOBP1与配基的结合能力主要取决于配基的种类,pH值对其影响较小。pH值对MaltOBP18与配基结合能力具有较大影响,MaltOBP18在酸性和中性条件下除与丁羟基二甲苯具有良好的结合能力外,与其他挥发物的结合能力弱或基本不结合;总体看来,除β-石竹烯,MaltOBP18在酸性条件下与其他配基的结合能力均强于中性条件。圆二色谱分析结果表明,外界pH值的变化会引起MaltOBPs结构构象的变化:MaltOBPs中的α-螺旋的数量随pH值的变化而变化,其中MaltOBP1在酸性条件下的α-螺旋少于中性条件下的,在中性条件下较稳定;而MaltOBP18相反,在酸性条件下的α-螺旋多于中性条件下;在两种pH条件下,配基不同配比对蛋白结构均基本没有影响。
3.松褐天牛雌雄成虫对气味物质的行为反应
利用Y-型嗅觉仪测定了松褐天牛对与MaltOBP1和MaltOBP18具有强结合能力的物质丁羟基二甲苯与莰酮的行为活性。结果表明,1%浓度的丁羟基二甲苯对松褐天牛成虫没有显著的行为活性作用;1%浓度的莰酮对松褐天牛雄性成虫具有极显著的吸引作用,对松褐天牛雌性成虫具有显著的忌避作用。