暗黑鳃金龟性信息素滴度节律变化及嗅觉受体蛋白Or83b基因克隆的研究

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暗黑鳃金龟Holotrichia parallela属鞘翅目Coleoptera鳃金龟科Melolonthidae,其幼虫蛴螬为花生、大豆、玉米、小麦等作物的主要地下害虫,在中国、印度、日本、韩国等均有广泛分布。受其危害花生一般减产20%~30%,严重地块减产60%~70%,甚至绝收。为了控制其危害,长期以来以化学药剂防治为主,操作复杂,且易造成环境污染、破坏生态平衡等弊端,为了解决这些问题,迫切需要开发高效、环保、简便、节能的防治新技术。利用昆虫信息素进行成虫诱杀作为一种新型的安全防治手段能满足上述要求。随着国内外几位学者对暗黑鳃金龟性信息素分离鉴定工作的陆续进行,利用性信息素防治暗黑鳃金龟得到了初步的示范和应用。但在实际操作中,我们发现由于对暗黑鳃金龟性信息素分泌节律的不了解,导致性信息素在田间引诱昆虫时效果不稳定等,所以现阶段在暗黑鳃金龟性信息素应用的过程中具有一定的盲目性。本研究在前期研究基础上,利用气相色谱法对暗黑鳃金龟性信息素组分分泌的时辰节律、日节律、求偶期释放节律以及交配对性信息素的影响等进行深入研究,以期为田间性诱剂的科学使用提供理论依据。同时采用简并引物反转录多聚酶链式反应(RT-PCR)和cDNA末端快速扩增(RACE)技术,针对暗黑鳃金龟嗅觉转导过程中重要的组成蛋白一嗅觉受体蛋白基因Hp-OR83进行基因克隆并进行相关生物信息学分析,为进一步提高暗黑鳃金龟性信息素的利用效率与引诱效果,开发新型高效安全的昆虫交配干扰剂提供理论依据。本文主要研究结果如下:   1.暗黑鳃金龟性信息素组分时辰节律的动态变化.   本试验在山东省花生研究所莱西试验站进行,分别取2010年7月12日、7月28日和8月1日3天出土的试虫做重复,提取14:00至24:00的性腺体制备粗提物,开展气相色谱分析,结果表明暗黑鳃金龟性信息素组分L-异亮氨酸甲酯滴度呈先升高后下降的趋势,最高值出现在19:00,为80.6μg/♀,最低值出现在24:00,为38.615μg/♀,该结果与暗黑鳃金龟在田间求偶行为在时间上一致;R-(-)-芳樟醇滴度变化不显著。   2.暗黑鳃金龟性信息素组分日节律及两种组分的滴度比研究   本试验2010年7月26日至8月29日在山东省花生研究所莱西试验站进行,随机抽取7个出土日刚刚出土的处女虫腺体制备粗提物,开展气相色谱分析,并对这7个出土日两种性信息素组分L-异亮氨酸甲酯与芳樟醇滴度之间的比值进行研究,结果表明前5个出土日L-异亮氨酸甲酯滴度呈下降趋势,最后2个出土日显著降低;R-(-)-芳樟醇滴度变化不明显。进一步对其比值进行研究,发现7个出土日L-异亮氨酸甲酯与芳樟醇比值逐渐降低,分别为12.1、12.4、10.7、8.91、9.02、7.71、3.27,这个比例解释了按照同一比例在添加引诱效果不稳定的情况,为性信息素在田间的合理使用提供理论基石出。   3.暗黑鳃金龟处女虫求偶期性信息素的动态变化.   本试验对不同出土日处于求偶期的处女虫性信息素组分进行气相色谱分析,结果表明处女虫从出土时、伸出腺体到求偶结束,L-异亮氨酸甲酯滴度呈极显著下降趋势;芳樟醇的滴度出土时显著高于求偶后期。   4.暗黑鳃金龟交配过程中性信息素组分滴度的动态变化及对性信息素合成的影响   本试验对处于交配过程中的暗黑鳃金龟性信息素组分进行气相色谱分析,并对处女虫与田间试虫性信息素滴度进行比较,结果表明交配对L-异亮氨酸甲酯滴度影响很大交配前、交配中、交配后滴度显著降低,但R-(-)-芳樟醇滴度变化不显著;处女虫L-异亮氨酸甲酯和R-(-)-芳樟醇的滴度显著高于同日出土的田间试虫,分别为1.56和1.79倍。   5.暗黑鳃金龟嗅觉受体蛋白基因Hpar-Or83bcDNA克隆与序列分析   采用简并引物反转录多聚酶链式反应(RT-PCR)和cDNA末端快速扩增(RACE)技术,从暗黑鳃金龟触角克隆了一类非常保守的嗅觉受体蛋白基因(命名为Hpar-Or83b)全序列,结果表明暗黑鳃金龟Hpar-OR83b全长共1684bp,其中5-UTR为159bp,3-UTR为94bp,开放阅读框为1431bp。经预测分子量为52.34kDa,等电点为7.52;Hpar-OR83b氨基酸序列中具有典型的G蛋白偶联受体的7个跨膜结构域,研究同时发现Hpar-OR83b氨基酸序列与已知的其它昆虫的Or83b具有较高的同源性,与铅灰鳃金龟Holotrichia plumbea同源性最高为94%,其次为赤拟谷盗T.castaneum为80%;与其他昆虫同源性为62~68%。   6.嗅觉受体蛋白系统发育分析   系统进化分析表明,来自不同昆虫的Or83b蛋白明显分成四个亚组(鳞翅目组,膜翅目组,双翅目组和鞘翅目组)。鞘翅目又分为两个亚组:暗黑鳃金龟的Hpar-OR83b与铅灰鳃金龟的Hplu-Or83b形成一个亚组,赤拟盗谷的Or83b与黄曲条跳甲的PsOR分在一个亚组。
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