论文部分内容阅读
昆虫趋光行为是行为学研究的热点之一,利用趋光行为进行灯光诱杀害虫是物理防治的重要手段。粘虫(Mythimna separata)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)是同属于鳞翅目夜蛾科的两个物种,诱虫灯对两物种的诱集效果却存在很大差异,但至今有关二者趋光行为的差异还未见研究报道。本文系统比较了两物种的趋光行为差异;研究了复眼外部形态和内部结构的异同;构建了头部比较转录组,鉴定并分析了两物种中视蛋白基因的种类与数量;结合RT-QPCR和原位杂交技术比较分析了视蛋白基因的表达丰度、部位和模式。主要研究结果如下:1.粘虫和棉铃虫成虫趋光特性比较(1)粘虫和棉铃虫的趋光反应率存在差异。在14种波长(365~660 nm)下,趋光率雌性粘虫(19%~45%)显著低于雌性棉铃虫(29%~59%),雄性粘虫(14%~34%)显著低于雄性棉铃虫(24%~57%);负趋光率雌性粘虫(10%~34%)显著高于雌性棉铃虫(0%~10%),雄性粘虫(11%~22%)均显著高于雄性棉铃虫(1%~7%)。365 nm时,活跃虫百分比雌性粘虫(53%)显著高于雌性棉铃虫(35%),520 nm时,活跃虫百分比雌性粘虫(46%)显著低于雌性棉铃虫(64%);480、500nm时,活跃虫百分比雄性粘虫(34%、31%)显著低于雄性棉铃虫(52%、48%)。(2)粘虫和棉铃虫的敏感波峰存在差异。雌性粘虫的趋光波峰为420、480、600和660 nm,雌性棉铃虫的趋光波峰为400、480和520 nm;雄性粘虫的趋光波峰为380、455、570和660 nm,雄性棉铃虫的趋光波峰为400、445、480、570、600和660 nm。(3)粘虫和棉铃虫的趋光节律存在差异。雌性粘虫在400、590 nm波长下的趋光率分别呈逐渐上升趋势和先升后降趋势,而雌性棉铃虫的趋光率在两种波长下变化平缓;雌性粘虫在480、500 nm波长下的趋光率呈逐渐下降趋势,而棉铃虫在两种波长下的趋光率呈先升后降趋势。雄性粘虫在570、590、600、630、660 nm波长下的趋光率呈逐渐降低趋势,而雄性棉铃虫在相应波长下的趋光率呈先升后降趋势。另外,相比于棉铃虫,粘虫的负趋光率在暗期均具有逐渐上升趋势。2.粘虫和棉铃虫复眼形态及显微结构比较粘虫和棉铃虫的复眼在外部形态和内部结构上均有差异。扫描电镜观察表明,粘虫复眼表面覆盖的感觉毛的长度(132.26μm)和直径(2.98μm)均显著大于棉铃虫复眼的感觉毛长度(6.41μm)和直径(0.63μm);粘虫的小眼个数(6704)显著大于棉铃虫的小眼个数(5532),而粘虫的眼宽/体长(0.088)显著小于棉铃虫(0.092)。石蜡切片和透射电镜观察表明,粘虫中角膜层数(19层)显著小于棉铃虫(25层);粘虫复眼的曲率半径(720.09μm)显著大于棉铃虫的曲率半径(649.79μm);二者在屈光器长度、角膜曲率半径、角膜中心厚度、视杆长度和透明带宽度等方面略有差异。与粘虫相比,光期棉铃虫复眼色素颗粒的分布区域更窄,暗期更靠近角膜。3.粘虫和棉铃虫头部转录组比较对粘虫和棉铃虫进行转录组测序,分别获得156254和124960个Unigenes,平均长度分别为416bp和426bp,其中分别有34457(22.05%)个和36000(28.80%)个得到注释。GO功能分析显示,粘虫和棉铃虫均有22949个Unigenes得到GO注释,分别占其Unigenes个数的14.69%和18.37%。KOG功能分析显示,粘虫和棉铃虫分别有9794(6.27%)和10437(8.35)个预测蛋白归属于26个功能类别。KEGG数据库分析显示,粘虫和棉铃虫分别有7976(5.10%)和8996(7.20%)个序列的预测蛋白分别归属到277和283个信号通路。在粘虫和棉铃虫转录组中分别鉴定得到8个和7个视蛋白基因,其中粘虫和棉铃虫转录组中鉴定出的UV视蛋白基因分别为3个和1个,棉铃虫还特有1个Pteropsin视蛋白基因。两物种间同类视蛋白基因的蛋白质序列同源性均较高(>89%),但特定氨基酸位点存在差异。通过FPKM值的分析表明,粘虫视蛋白基因LW2与LW1的FPKM比值(1/176)显著小于棉铃虫视蛋白基因LW2与LW1的FPKM比值(1/87)。4.粘虫和棉铃虫主要视蛋白基因的表达模式比较粘虫头部视蛋白基因(MS-lw、MS-bl和MS-uv)的表达有显著的昼夜节律,而棉铃虫视蛋白基因(HA-lw、HA-bl和HA-uv)的表达昼夜节律但没有显著差异。两物种3个视蛋白基因(lw、bl和uv)表达量的比例存在差异。雌性粘虫头部MS-lw的表达量分别是MS-uv和MS-bl表达量的98.31倍和39.68倍;而雌性棉铃虫头部HA-lw的表达量分别是HA-uv和HA-bl表达量的8.37和10.77倍;雄性粘虫头部MS-lw的表达量分别是MS-uv和MS-bl表达量的67.73和35.36倍;而雄性粘虫头部HA-lw的表达量分别是HA-uv和HA-bl表达量的14.20和15.46倍。在3个视蛋白基因中,粘虫头部中MS-uv的表达量最低,而棉铃虫头部中HA-bl的表达量最低。5.复眼中视蛋白基因的组织定位比较棉铃虫复眼中3个视蛋白基因(HA-lw、HA-bl和HA-uv)的表达量,在光期雌虫明显高于雄虫,在暗期雌虫明显小于雄虫。但粘虫复眼中3个视蛋白基因(MS-lw、MS-bl和MS-uv)的表达量在光期和暗期均无性别差异。粘虫和棉铃虫复眼在光期时,3个视蛋白基因(lw、bl和uv)在视杆细胞中均匀分布表达,而在暗期则集中于视杆细胞远心端表达。本研究通过行为学研究表明,粘虫和棉铃虫的趋光行为在趋光率、敏感波长、趋光节律等方面均存在差异,从生理结构上比较了两物种感光器官——复眼在外部形态和内部结构差异,在分子水平上解析了二者的光受体基因——视蛋白基因数量、种类、表达量、表达模式和表达部位的差异。这些研究明确了粘虫和棉铃虫的趋光行为差异,揭示了趋光行为差异的生理结构和分子基础,为阐明昆虫趋光行为的多样性奠定了基础,同时对依据昆虫趋光行为建立高效的灯光诱虫技术具有指导作用。