桑螟耐高温机制的初步研究

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高温胁迫是影响昆虫生长和分布的最主要的非生物胁迫之一。桑螟,(Glyphodes pyloalis Walker)螟蛾科(Pyralidae)昆虫,广泛分布于广东、广西、浙江、江苏、云南、四川等蚕业养殖大省,因其对环境适应性强、世代多、繁殖率高的特点,是蚕丝业生产上最为严重的经济害虫之一。本论文运用行为学、转录组学、分子生物学、微生物多样性分析等方法,研究了高温环境下桑螟的躲避行为、高温胁迫后虫体耐热物质代谢变化、耐热相关关键基因的变化以及桑螟肠道的微生物变化等。目的是揭示桑螟适应夏季高温的机制,从而为其科学预警和防控提供理论参考。主要结果如下:  (1)为了明确桑螟在高温逆境下的生存状况,以桑螟为对象,研究了其在寄主植物桑树上栖息、爬行和取食时的躲避临界高温。将桑螟放在人工气候箱中并经过梯度温度处理(22-37℃),结果显示,在高温环境下桑螟将桑叶折叠的角度减小并且温度越高桑螟将桑叶折叠的时间越短,观察桑螟在桑叶上所处的位置,结果显示在一定温度范围内(20-38℃)桑螟一直处于较高位置的桑叶上,当温度超过38℃时,桑螟会出现在较低位置的叶片上。  (2)为了研究桑螟应对高温胁迫的分子机制,分别对25℃和40℃处理4h后的桑螟后进行转录组测序分析,拼接共得到34034个基因,其中,在热处理后,1275个基因表达量上调,1222个基因表达量下调。通过表达分析,找到了一些可能参与或介导桑螟耐高温胁迫相关生物途径的主要基因。比如热激蛋白和代谢相关基因,同时,维他命消化吸收通路和14个细胞色素P450相关基因等可能参与桑螟的耐热机制,而免疫和磷脂酰肌醇相关通路也可能与其耐热性有紧密的联系。  (3)为了从分子水平上探明高温胁迫对抗高温伤害的机制,在从转录组获得桑螟ecCu/ZnSOD核苷酸序列的基础上,克隆了桑螟ecCu/ZnSOD基因,该序列cDNA长725bp序列,编码241个氨基酸。表达模式分析发现,桑螟ecCu/ZnSOD在高温及低温条件下表达量高,属于极端温度表达基因。在大肠艾希菌中表达并纯化了桑螟ecCu/ZnSOD重组蛋白,酶学性质分析表明桑螟ecCu/ZnSOD在40℃时活性最高,采用牛津杯法,研究桑螟ecCu/ZnSOD的抗氧化能力,结果显示表达桑螟ecCu/ZnSOD的大肠艾希菌抗氧化能力显著增强。  (4)为了从肠道微生物分析桑螟耐高温的原因,通过采用16SrDNA高通量测序技术,对桑螟在不同温度下的细菌群落结构、丰度及演替规律进行深入研究。结果表明:在细菌群落结构的门水平上,变形菌门、放线菌门、绿细菌门是优势种群。在属水平上,正常温度(25℃)条件下,节细菌属、多形杆状菌、沃尔巴克氏菌为主要的优势菌属,其中沃尔巴克氏菌占最大的比例,最高达51.15%;在高温(37℃)条件下,普雷沃菌属迅速增加,成为桑螟肠道内第二大优势菌属。
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