不同寄主条件下桃蚜气味受体的差异表达分析及功能研究

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桃蚜(Myzus persicae),属半翅目(Hemiptera)蚜科(Aphididae),是我国重要的农业害虫之一。桃蚜具有寄主范围广、繁殖能力强且个体小易隐藏等特点,对其展开有效防治的难度较大,而在绿色植保理念倡导下,急需开发针对其绿色高效的可持续防控技术。昆虫依赖其灵敏的嗅觉系统识别环境中的气味分子,来完成其种内或种间的化学信息交流。基于昆虫的嗅觉通讯以寄主植物挥发物为组分开发昆虫行为调控剂是近年来害虫绿色防控研究的热点之一。目前关于桃蚜识别寄主植物挥发物的嗅觉分子机制尚不清楚。本文以定植于烟草、菠菜、辣椒、白菜和甘蓝等5种不同寄主植物上的桃蚜为研究对象,通过转录组学、分析化学、分子生物学、电生理学和行为学等技术,对定植于上述5种寄主的桃蚜气味受体(odorant receptors,ORs)进行了鉴定、差异表达分析和功能研究,对桃蚜感知寄主植物挥发物的嗅觉识别机制进行了初步探究,主要研究结果如下:(1)桃蚜5种寄主植物中共鉴定到32种挥发物。本文利用GC-MS检测桃蚜为害严重的5种寄主植物的挥发物。结果显示桃蚜的5种寄主植物产生的挥发物在组成和含量上存在一定的共性和差异性。(2)根据定植于5种寄主植物上的桃蚜触角转录组数据,共筛选到49个气味受体基因(MpORs),其中25个为全长。根据MpORs的FPKM值,共筛选到7个存在差异表达的MpORs,其中,本文成功克隆了MpOR3c、MpOR20和MpOR40,其表达特征分别为:MpOR3c在桃蚜定植于甘蓝时表达量极低;MpOR20在桃蚜定植于白菜时表达量极低;MpOR40在桃蚜定植于烟草时表达量极低。(3)MpOR3c、MpOR20和MpOR40分别是识别壬醛、α-蒎烯和桉叶油醇的主要受体。本文以32种寄主植物挥发物为气味刺激,利用非洲爪蟾卵母细胞-双极电压钳系统对3个成功克隆的差异表达MpORs进行了体外功能研究。结果显示MpOR3c能被壬醛(647.21 n A)、癸醛(622.24 n A)、辛醛(388.2 n A)和正己醛(357.07 n A)4种醛类挥发物激活,其中壬醛引起的电生理反应最大;激活MpOR3c的醛类挥发物在甘蓝中未检测到,且MpOR3c在定植于甘蓝的桃蚜触角中表达量极低,表明MpOR3c在桃蚜定植于不同寄主环境时具有适应性表达的特性。(4)壬醛对定植于烟草的桃蚜具有显著吸引性。为进一步明确MpOR3c识别壬醛在桃蚜感知寄主植物中的作用,本文利用培养皿圆盘法对定植于烟草和甘蓝的桃蚜分别进行了行为学测试,结果表明1μg/μL的壬醛能够显著吸引定植于烟草的桃蚜(p<0.05),而对定植于甘蓝的桃蚜没有显著的行为影响(p>0.05)。综上所述,定植于不同寄主条件下的桃蚜,其嗅觉为了适应不同寄主表现出明显的可塑性,为解析桃蚜对寄主植物挥发物的嗅觉适应机制提供了理论基础,也为进一步指导开发桃蚜的行为调控剂用于该害虫的绿色防控提供了重要参考。
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