桃红颈天牛触角嗅觉基因的鉴定与表达分析

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桃红颈天牛(Aromia bungii,Faldermann)是一种严重危害蔷薇科果树与观赏树木的林业危险性有害生物,被日本及欧洲很多国家列为严重入侵物种。桃红颈天牛性信息素于2017年首次被报道,但该天牛的化学感受分子机制目前尚未被研究。本研究以桃红颈天牛成虫触角转录组为基础,鉴定嗅觉相关基因并分析其表达情况。主要研究结果如下:(1)对桃红颈天牛触角转录组测序分析,共获得42,197条Unigenes,平均长度为1,215bp。对所获得的Unigenes进行功能注释,其中注释到NR数据库的有25,407条Unigenes,19,959条Unigenes注释到GO数据,12,154条Unigenes注释到KO数据库,11,787条Unigenes注释到KOG数据库。测序质量良好,其中8,761条Unigenes表达量较高,即FPKM>10。(2)对桃红颈天牛成虫触角转录组进行生物信息学分析,在42197个Unigenes中筛选鉴定嗅觉相关基因共197个,包括45个Abun ORs、6个Abun GRs、2个Abun IRs、52个Abun OBPs、17个Abun CSPs、3个Abun SNMPs和72个Abun ODEs(24个Abun CXEs、14个Abun GSTs、2个Abun AOXs、32个Abun CYPs)。(3)构建和分析桃红颈天牛嗅觉相关基因的系统发育树,并根据触角中FPKM值比较基因在雌雄间表达水平差异情况。结果表明,桃红颈天牛Orco候选基因(Abun OR25)与其他鞘翅目昆虫中已知的Orco基因序列高度保守,可能作为未来以嗅觉调控为基础的害虫防治新技术的靶基因。Abun OR5、29、31和37与厚垫黄带蜂天牛(Megacyllene caryae)已知的性信息素受体聚在一起,表明它们可能是桃红颈天牛的性信息素受体;在鉴定得到的52个Abun OBPs中,大多分布在Minus-C亚家族中。Abun OBPs主要聚集在天牛科物种附近,这些序列保守的气味结合蛋白可能有着相似的功能特性。鞘翅目的候选PBPs基因在进化树中并不像鳞翅目昆虫那样聚集在特定分支中,可能保证了其对不同气味分子的结合特异性;Abun CSPs与鞘翅目昆虫的CSP基因具有较高的序列相似度,其中Abun CSP7在雌虫触角中的RNA表达水平显著高于雄虫,说明Abun CSP7更多地在雌虫触角中参与嗅觉识别;Abun SNMP1聚集在SNMP1基因家族中,且在雌性触角中表达水平较高,可能主要参与检测雄性释放的信息素。Abun SNMP2和Abun SNMP3聚类在SNMP2基因家族;在气味降解酶类基因的鉴定分析中发现,Abun CXEs主要集中在鞘翅目毒物代谢酶家族中,参与桃红颈天牛外源毒物的降解过程。只有Abun CXE8在非鳞翅目保幼激素酯酶分支中,可能与调节桃红颈天牛生长发育有关。6个Abun GSTs聚集在昆虫特有Delta和Epsilon两大解毒基因家族,在桃红颈天牛触角中行使解毒功能。大部分Abun CXEs和Abun CYPs都呈现出雌性偏倚性表达,可能与雌虫的特定行为有关。(4)利用RT-q PCR技术对桃红颈天牛嗅觉相关基因在雌、雄成虫以及不同组织(触角、腹部末端、口器)之间的表达情况进行分析。结果显示,29个Abun ORs在触角中高度表达,特别是在雌性触角中,这可能因为雌虫会表达出更多用来感知外界环境中的信息素,尤其是雄性产生的性信息素的信息素受体。所有6个Abun GRs在口器中高度表达,表明这些GRs可能参与了味觉感知过程。2个Abun IRs均在雌性的口器中特异性表达,这表明它们也可能与味觉过程有关。在10个候选的桃红颈天牛气味结合蛋白的研究分析中,4个Abun OBPs在雌性触角中相对雄性特异性高表达,体现了OBPs作为载体运载触角淋巴液运输脂溶性物质的功能。除2个Abun OBPs,其他Abun OBPs在口器中表达较高,可能因为OBPs除了结合气味分子之外,还可能参与脂肪酸溶解、营养物质运输以及味觉物质的识别等其他组织的生理功能,而且这些OBPs所承担的生理功能和其组织分布都是相一致的。本研究在触角转录组的基础上对桃红颈天牛的嗅觉机制进行研究,为阐明桃红颈天牛识别信息素的分子机制提供了数据支撑,以期为昆虫嗅觉基因和昆虫信息素在害虫防治中的应用奠定基础。
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