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昆虫在长期的进化过程中形成了一套高度发达的嗅觉系统,嗅觉是昆虫与外界进行信息交流的主要方式。在嗅觉过程中,昆虫通过其嗅觉器官表面各种类型的嗅觉感器去感受环境中的挥发性物质,进而产生相应的生理或行为反应,如取食、寻找配偶、产卵、躲避天敌等。昆虫对气味分子的识别过程十分复杂,研究证实有多种蛋白参与其中,如气味结合蛋白(Odorant-binding proteins,OBPs)、化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSPs)、气味受体(Odorant receptors,ORs)、离子型受体(ionotropic receptors,IRs)、感觉神经元蛋白(sensory neuron membrane proteins,SNMPs)和气味降解酶(odorant-degrading enzymes,ODEs)等。近年来,由于化学农药的过量使用,农药残留和害虫抗药性成为了越来越不容忽视的问题,因此对昆虫的化学感受机制进行研究,详细阐明气味降解酶及感觉神经元膜蛋白的表达情况,能为基于昆虫嗅觉识别机制的新型行为调控技术提供理论支持。本研究以两种重要农业害虫稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)和茶尺蠖(Ectropis obliqua)为研究对象,通过分子生物学等相关技术,对两种害虫化学感受相关基因及表达模式进行了初步研究,并进一步利用电子显微镜对茶尺蠖雌雄触角的超微结构进行了观察,结果如下:1.稻纵卷叶螟气味降解酶基因鉴定、序列及进化关系分析对稻纵卷叶螟雌雄触角进行了转录组测序,运用生物信息学方法从稻纵卷叶螟触角转录组中鉴定出了 22个气味降解酶基因,包括18个羧酸酯酶(carboxylesterase,CXE)基因和 4个醛氧化酶(aldehyde oxidase,AOX)基因。对这些基因进行序列和进化关系分析发现,在18个CXE中,14个获得了全长ORF,这些CmedCXE基因编码蛋白的长度在494-738个氨基酸之间;序列比对结果显示它们都具有典型的羧酸酯酶结构特征;进化关系分析显示这些CmedCXE分属于昆虫羧酸酯酶的6个亚族。4个CmedA OX基因的均具有完整ORF,它们编码的蛋白长度在1258-1284个氨基酸之间。这些CmedA OXs与其它鳞翅目昆虫的AOXs具有较高的相似性;系统发育分析也显示4个CmedAOXs跟昆虫的AOXs具有更近的进化关系。2.稻纵卷叶螟气味降解酶基因表达谱分析对稻纵卷叶螟的CXE及AOX基因进行了组织表达谱分析。结果显示有3个CmedCXE(CmedCXE1 7、CmedCXE20 和 CmedCXE24)基因在触高表达,其它的CmedCXE则拥有广泛的组织表达谱;而在4个CmedA OX中,只有CmedAOX2在触角高表达且雄虫触角表达量明显高于雌虫触角。以上结果说明在稻纵卷叶螟触角中高表达的CnfedCXE和CmedAOX可能会参与对触角中气味分子的降解,而其它的CmedCXE和CmedA OX则可能具有更广泛的生物学功能。3.茶尺蠖感觉神经元膜蛋白基因鉴定、进化关系及表达谱分析对茶尺蠖雌雄虫触角进行转录组测序,通过生物信息学和分子生物学技术我们从茶尺蠖触角转录组中鉴定出了两个SNMP基因,并对其进行了序列比对和进化关系分析。茶尺蠖EoblSNMP1和EoblSNMP2的开放阅读框全长分别为1554 bp和1548 bp,GenBank 登录号分别为 EoblSNMP1(MH598590)和EoblSNMP2(KT991367)。系统发育分析显示EoblSNMP1和EoblSNMP2属于两个不同的SNMP亚族。组织表达谱显示EoblSNMP1在雄虫触角高表达,而在其它组织中表达量很低;EoblSNMP2在雄虫触角表达量最高,其次是雌虫触角、足、性腺和翅。发育期表达谱显示EoblSNMP1从4龄幼虫到羽化前一天都保持很低的表达,从羽化当天到羽化后2天其表达量显著升高。EoblSNMP2在4龄幼虫到羽化后2天都保持很低的表达水平,在羽化后第3天表达量显著上升。交配前后表达谱结果表明交配行为对EoblSNMP1和EoblSNMP2的基因表达没有显著影响。4.茶尺蠖成虫触角感器扫描电镜观察为了了解茶尺蠖触角超微结构及感器分布情况,通过扫描电镜对茶尺蠖雌雄触角外部形态进行了观察。现已鉴定出7种类型感器:毛形感器(sensilla trichodea)、锥形感器(sensilla basiconca)、刺形感器(sensilla chaetica)、栓锥形感器(sensilla styloconica)、鳞形感器(sensilla squamiformiz)、Bohm 氏鬃毛(Bohm bristles)。其中毛形感器数量最多且雄虫触角数量多于雌虫触角。5.茶尺蠖感觉神经元膜蛋白基因表达定位利用荧光原位杂交技术对茶尺蠖EoblSNMPs基因在雄虫触角感器中的表达情况进行了研究。结果显示EoblSNMP1特异性表达于对性信息素敏感的I型毛形感器(StrI);而EoblSNMP2则在I型毛形感器和锥形感器中都有表达。双色荧光原位杂交实验结果显示EoblSNMP1和EoblSNMP2同时在I型毛形感器中表达,但分别表达于不同的细胞中。实验结果表明了 EobISNMP1在茶尺蠖性信息素识别过程中起着关键作用,而EoblSNMP2则可能同时在性信息素识别和其它生理过程中发挥功能。