基于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的二化螟腺體-產(chǎn)卵器中性信息素合成與化感基因的鑒定與組織表達(dá)譜分析.pdf

1、昆蟲(chóng)對(duì)環(huán)境的驚人適應(yīng)性，一個(gè)重要原因是具有發(fā)達(dá)的感覺(jué)外部環(huán)境的能力，特別是化感能力。昆蟲(chóng)依靠化學(xué)感受完成求偶、覓食及防御等很多重要的生理和行為過(guò)程。在蛾類昆蟲(chóng)中，雌雄間的性信息素通訊具有極高的靈敏性和種特異性，通常是由雌蟲(chóng)在特定的腺體內(nèi)合成種特異性（特定組分及比例）的性信息素并釋放到體外，同種雄蟲(chóng)個(gè)體則對(duì)性信息素進(jìn)行感受并趨近雌蟲(chóng)，最后完成雌雄間的交配。二化螟（Chilosuppressalis）屬于鱗翅目螟蛾科昆蟲(chóng)，是世界范圍重要的水

2、稻害蟲(chóng)，對(duì)其性信息素通訊的分子機(jī)制進(jìn)行研究，可以指導(dǎo)田間利用性信息素對(duì)二化螟的防治，并為開(kāi)發(fā)高效的行為調(diào)控技術(shù)提供新靶標(biāo)。迄今，有關(guān)二化螟性信息素合成以及產(chǎn)卵行為相關(guān)的化感機(jī)制的研究甚少，本文對(duì)二化螟腺體-產(chǎn)卵器的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了測(cè)序并基于該轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，將生物信息學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合，鑒定了32個(gè)性信息素合成相關(guān)基因和30個(gè)化學(xué)感受相關(guān)基因，其中56個(gè)基因在二化螟中是首次發(fā)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)RT-PCR及qPCR的方法，測(cè)定了這些基因

3、在mRNA水平上的組織表達(dá)動(dòng)態(tài)。另外，為了探究二化螟產(chǎn)卵器及足的化學(xué)感受功能，利用掃描電鏡對(duì)兩個(gè)組織表面的感受器進(jìn)行了觀察。主要結(jié)果如下:
　　1.二化螟腺體-產(chǎn)卵器轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及生物信息學(xué)分析
　　通過(guò)Illumina HiSeqTM2000高通量測(cè)序平臺(tái)測(cè)序和Trinity拼接，最終在二化螟腺體-產(chǎn)卵器轉(zhuǎn)錄組中得到37，619個(gè)Unigene，其中18，037個(gè)Unigene可以進(jìn)行同源比對(duì)。在這18，037個(gè)Unigen

4、e中，57.97％比對(duì)上黑脈金斑蝶(Danaus plexippus)，6.49％比對(duì)上家蠶(Bombyx mori)，4.09％比對(duì)上柑橘鳳蝶（Papilio xuthus），2.57％比對(duì)上赤擬谷盜（Tribolium castaneum）。利用BLAST2GO，在這37，619個(gè)Unigene中有8，506個(gè)Unigene可以進(jìn)行GO分類，累計(jì)有31，874，18，952及9，636個(gè)基因分別被歸類為生物學(xué)過(guò)程(biologica

5、l process)，細(xì)胞組分(cellular component)和分子功能(molecularfunction)三個(gè)不同的亞類:進(jìn)一步細(xì)分后，累計(jì)62.53％的Unigene歸類為細(xì)胞代謝過(guò)程(cellular process)，52.92％可歸類為生物體代謝過(guò)程(metabolic process)，51.98％可歸類為結(jié)合蛋白(binding)，分別有50.48％可歸類為細(xì)胞(cell)和細(xì)胞組成(cellpart)。測(cè)序結(jié)果

6、為二化螟相關(guān)代謝途徑及基因功能的研究提供了重要基礎(chǔ)。
　　2.二化螟性信息素合成基因的鑒定、序列分析及表達(dá)譜測(cè)定
　　二化螟的3種主要性信息素組分為Z11-16:Ald、Z13-18:Ald和Z9-16:Ald，關(guān)于其生物合成的分子機(jī)制研究尚屬空白?；谙袤w-產(chǎn)卵器的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，共鑒定了32個(gè)性信息素合成相關(guān)基因，包括1個(gè)脂肪酸合成酶（FAS）基因、6個(gè)去飽和酶(Dess)基因、10個(gè)脂肪酸還原酶（FARs）基因、2個(gè)乙

7、酰輔酶A氧化酶(ACOs)基因、1個(gè)乙酰輔酶A羧酸酯酶(ACC)基因、4個(gè)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FATPs)基因、3個(gè)乙酰輔酶A結(jié)合蛋白(ACBPs)基因和5個(gè)超長(zhǎng)碳鏈延伸酶(ELOs)基因。組織表達(dá)譜分析顯示，32個(gè)基因中，只有2個(gè)去飽和酶（CsupDes4和CsupDes5）基因和1個(gè)脂肪酸還原酶（CsupFAR2）基因具有性信息素腺體高表達(dá)的特點(diǎn)，并且與已報(bào)道的性信息素合成相關(guān)基因聚在一起，暗示這3個(gè)基因參與二化螟性信息素的合成過(guò)程。<

8、br>　　3.二化螟化學(xué)感受基因的鑒定、序列分析及表達(dá)譜測(cè)定
　　產(chǎn)卵器的化感作用在昆蟲(chóng)對(duì)產(chǎn)卵寄主及部位的選擇中起重要作用，但其分子機(jī)制仍未得到闡釋?；诙葡x(chóng)腺體-產(chǎn)卵器的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，共鑒定到30個(gè)可能的化學(xué)感受相關(guān)基因，包括8個(gè)氣味結(jié)合蛋白(OBPs)基因、10個(gè)化學(xué)感受蛋白（CSPs）基因、2個(gè)氣味受體(ORs)基因、1個(gè)感受神經(jīng)元膜蛋白（SNMP）基因、8個(gè)羧酸酯酶（CXEs）基因和1個(gè)醛氧化酶(AOX)基因。組織表達(dá)

9、譜分析結(jié)果表明，所有化感相關(guān)基因均不具產(chǎn)卵器特異性，且除CsupCSP2和CsupCSP10為產(chǎn)卵器高表達(dá)外，其它化感基因均為觸角高表達(dá)，說(shuō)明相同的化感基因在產(chǎn)卵器和觸角中均有表達(dá)，但在兩類組織中參與不同的生理學(xué)過(guò)程。另外，在二化螟的腺體-產(chǎn)卵器內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到信息素結(jié)合蛋白(PBP)基因的表達(dá)。
　　4.二化螟產(chǎn)卵器及足上感受器的掃描電鏡觀察
　　通過(guò)掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)二化螟的產(chǎn)卵器由腹部末端幾節(jié)特化而成，相互嵌套。產(chǎn)卵器的頂

10、端較平坦，分布有許多長(zhǎng)刺形感器;產(chǎn)卵孔附近有1根粗且長(zhǎng)的疑似毛形感器。在雌雄蟲(chóng)足的脛節(jié)表面發(fā)現(xiàn)有刺形感器和鱗形感器。刺形感器又分為2種，一種是較長(zhǎng)的A型刺形感器，是雌蟲(chóng)前足上主要的感器類型，在雄蟲(chóng)足上也有大量分布;另一種是較短的B型刺形感器，主要分布在雄蟲(chóng)后足上。另外，在雌蟲(chóng)中、后足上還各發(fā)現(xiàn)了一根鱗形感器。從感器的數(shù)量來(lái)看，雄蟲(chóng)后足上的感器要明顯多于雌蟲(chóng)后足，而雌蟲(chóng)前足上的感器要多于雄蟲(chóng)前足。研究結(jié)果為產(chǎn)卵器和足在雌蛾產(chǎn)卵過(guò)程中的化感