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德国小蠊属于蜚蠊目、小蠊科,是世界性城市害虫。不仅污染食物、衣服等人类生活用品;还携带多种病原物,传播过敏性哮喘等疾病。德国小蠊在寻找配偶的过程中,成熟的雌性成虫会释放两类性信息素:挥发性性息素“小蠊醌（3,6-二氧环己-1,4-二烯-1-基）甲酯)”以及两种接触性性信息素“3,11-二甲基正二十七烷-2-酮和3,11-二甲基正二十九烷-2-酮”。挥发性信息素主要远距离稀释雄虫,而接触性信息素挥发性不强,近距离帮助雄虫辨别雌虫,并促使雄虫产生性行为:如抬高翅膀90度,振翅等。研究雄虫感受性信息素的分子机制,不仅有助于阐明德国小蠊嗅觉感受机制,也可以为环境友好型生物防治提供设计思路和理论基础。至今没有德国小蠊性信息素识别的分子机制相关报道。触角是昆虫重要的化感器官之一,触角中具有很多种类的气味感受相关基因,这些基因参与了很多重要行为如寻找配偶、躲避天敌、定位产卵点、觅食以及调节种群密度等。性信息素在昆虫寻找配偶和生殖隔离起到关键作用,通常由同种雌虫释放,雄虫触角特异感受。昆虫性信息素感受在分子水平上的简要过程为:信息素分子通过触角表面的嗅觉感受器微孔进入水溶性触角淋巴液,与性信息素结合蛋白（Pheromone binding proteins,PBPs）结合后形成信息素小分子与PBP的复合物,之后PBP将信息素运输到嗅觉感受神经元表面的信息素受体上,激活信息素受体,产生电信号从而促使昆虫做出相应寻找配偶以及交配相关反应。PBP是气味结合蛋白（Odorant binding proteins,OBPs）的一个亚家族,本文基于德国小蠊测得的触角等组织的转录组数据,随后利用生物信息学技术,获得109个OBP的组织表达谱,从中筛选出两个雄虫触角高表达候选PBP基因,Bger OBP26和Bger OBP40,随后利用体外蛋白表达和纯化,获得两个OBP的高纯度重组蛋白。进而通过小分子荧光竞争性结合实验研究了两个OBP与三种性信息素以及类似物的结合能力。主要结果如下:1.德国小蠊的不同组织的转录组通过Illumina Hi SeqTM高通量二代测序平台测序并获得德国小蠊的不同组织（雄成虫触角、雌成虫触角、成虫上唇须、成虫足、5龄若虫触角）的转录组,共获得足的碱基数据量约为6.6 G,其中原始数据过滤后的读数为22,440,484,与基因组比对,一致性为84.62%左右、上唇须的碱基总数约为7.02 G,其中原始数据过滤后的读数为23,391,760,与基因组比对,一致性为83.42%、若虫触角的碱基总数约为7.11 G,其中原始数据过滤后的读数为39,645,373,与基因组比对,一致性为83.68%、雌虫触角的碱基总数约为7.37 G,其中原始数据过滤后的读数为49,131,552,与基因组比对,一致性为84.23%、雄虫触角的碱基总数约为7.08 G,其中原始数据过滤后的读数为47,223,180,与基因组比对,一致性为80.08%。测序质量可以进行下一步分析实验。在进行大量各组织Gene Ontology（GO）功能对比分析之后,发现若虫触角与足在所有功能分组中都差异明显,而成虫的触角和足的GO注释中在气味结合一项差异明显。暗示触角是主要的气味结合器官,也说明了若虫的触角和成虫触角的气味结合相关基因有所差异。2.德国小蠊的候选PBP的鉴定利用已公布的德国小蠊基因组数据,通过已报到的109个OBP基因序列与我们测得的德国小蠊不同组织的转录组数据进行对比,结果显示,共检测到103个OBP至少在一个组织中有表达、32个在成虫触角高表达、66个在上唇须高表达、1个在若虫触角和上唇须中高表达、4个OBP所有组织均表达,无明显差异。其中共6个OBP在所有测试组织中均未检测到表达量。其中在上唇须中高表达的OBP占到61.46%,说明OBP不仅在德国小蠊触角中参与嗅觉功能,同时在味觉中也起到关键作用。PBP是OBP的一个亚类,结合性信息素。德国小蠊是雌虫释放性信息素,雄虫触角感受。因此,筛选雄虫高表达的OBP作为候选PBP基因。结果显示,Bger OBP26和Bger OBP40,两个OBP在雄虫触角中Reads Per Kilobase per Million mapped reads（RPKM）值分别3797.55、17.54,明显高于若虫触角中的1605.3、8.08、上唇须中的735.96、0、足中为0、0（未检测到表达）。同时,q PCR定量显示,Bger OBP26和Bger OBP40在雌雄触角中表达差异较大,它们在雄虫触角中的表达量分别是雄虫触角的1.47和1.97倍。因此,选择这两个OBP作为PBP候选基因,并开展随后的功能实验。3.德国小蠊候选性信息素结合蛋白的体外功能研究基于OBP26和OBP40的成熟蛋白,利用大肠杆菌表达系统和亲和纯化获得了高于95%纯度的重组蛋白,蛋白质电泳条带的位置与预测的分子量一致、分别为19.10和19.36 k Da。随后通过荧光竞争结合试验,测定重组蛋白对挥发性性信息素小蠊醌、小蠊醌类似物、接触性性信息素3,11-二甲基正二十七烷-2-酮和3,11-二甲基正二十九烷-2-酮的结合能力。结果表明,相比其他化合物,OBP26和40对小蠊醌展示出较高结合能力LC50值分别为26.78±1.92和26.38±4.72μM,Ki分别为241.99±1.92和241.72±4.72μM。两个OBP与接触性性信息素结合能力较低。此外还检测了OBP26与OBP40在不同p H条件下的结合能力,测定结果表明,在p H为偏中性7.4时,OBP26和OBP40均表现出更强的小蠊醌结合能力,是p H为5.0时候的2.49倍和5.84倍,结果符合大部分昆虫PBP的结合特性,在中性时候PBP结合信息素,酸性条件下PBP释放信息素。以不同比例混合两种OBP后进行荧光结合实验,结果显示,当摩尔比达到1:10（OBP26﹕OBP40）时,其结合能力比单独只有OBP26或40时候都明显提高,分别高2.57倍和2.10倍。虽然1﹕5的比例显示与小蠊醌的结合亲和力最低,但与单独只有OBP26或40时候的亲和力没有显着差异。因此,PBP之间的详细相互作用机制仍需要进一步进行研究。综上所述,本文综合运用了分子生物学、生物信息学和生物化学相关分析技术,通过转录组鉴定了德国小蠊的2个候选PBP基因,测定了OBP的雌雄触角表达谱,并深入研究OBP与挥发性性信息素小蠊醌,小蠊醌类似物以及接触性性信息素的结合特性。研究结果为弄清德国小蠊的信息素感受分子机制,以及开发环境友好型、新型高效的害虫行为调控技术提供重要依据。