橘小实蝇飞行能力与翅发育相关基因的研究及初步应用

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橘小实蝇(Bactrocera dorsalis Hendel)隶属于双翅目(Diptera)、实蝇科(Tephritidae)、果实蝇属(Bactrocera),是我国重点防控的外来入侵害虫。橘小实蝇目前已成为全球重点关注的危险性果蔬害虫,其防控策略受到普遍关注。常用的化学农药防治方法易对环境造成污染,人工套袋防治费时费力。因此亟需探索更为简便有效的防治方法,以实现绿色、可持续的橘小实蝇田间治理。本研究从飞行能力和翅发育的角度探索遗传学控制的方法和技术,主要研究结果如下:(1)在对两种重要经济实蝇飞行能力的比较中,橘小实蝇在12小时内的飞行距离比番石榴果实蝇远,并且飞行时间比番石榴果实蝇持久,同时橘小实蝇的背纵肌更发达、面积更大。转录组文库的建立与差异基因的分析表明,橘小实蝇飞行能力相关基因表达具有明显优势。(2)本研究通过解剖、抗体染色和冷冻切片对幼虫期的翅的构造进行观察,发现橘小实蝇的翅呈囊状,由鳞片状围肢膜细胞和柱状细胞两层细胞组成,变态发育过程中围肢膜细胞部分降解并与表皮融合,使翅从体内翻至体外并完成折叠形成双层,翅细胞进一步拉伸后即形成成虫的翅。利用实时荧光定量PCR对从转录组文库中筛选出的翅发育基因进行表达模式分析,发现翅发育基因在蛹期表达显著上调。同时,原位杂交技术揭示出翅发育基因在橘小实蝇翅芽组织上的表达部位,明确了各基因行使功能的划分。(3)建立了针对橘小实蝇较为优良的RNA干扰方法和体系,能够成功合成高质量的dsRNA,通过与纳米材料载体混合,运用饲喂法导入dsRNA从而抑制10个翅发育基因(wingless,vestigial,cubitus interruptus,apterous,decapentaplegic,hedgehog,optomotor blind,ultrabithorax,engrailed,epidermal growth factor receptor)的表达,得到了翅发育不健全的个体。RN A干扰效率的检测表明人工合成的dsRNA在橘小实蝇个体中发挥了作用。(4)本研究初步将RNA干扰应用于橘小实蝇的防治中,根据表型、致畸率和死亡率选择wingless(wg)基因应用于模拟田间防治,制备含有dswg制剂的人工诱饵吸引雌虫产卵,后代成虫数量和蛀果率的统计数据表明,取食RNA制剂的处理组后代种群数量明显减少,蛀果率明显降低。本研究为害虫遗传学控制的应用提供理论支持,为解决目前橘小实蝇严重扩散为害的问题提供新的思路和方法,对保护我国农林生产安全、生态健康及促进果蔬贸易具有重要意义。
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