甜菜夜蛾性信息素系统的地理种群差异及气味结合蛋白OBP7的功能分析

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甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)是一种世界性重要农业害虫,取食危害很多种作物,给农业生产带来重大损失。长期以来,甜菜夜蛾主要依靠化学防治,导致对不同类型的杀虫剂都产生了较高的抗性,同时还加剧了环境污染和对天敌昆虫等非靶标生物的杀伤作用,亟需要开发更为有效的无公害防治技术。作为精确测报技术,性信息素已经在甜菜夜蛾的测报中得到应用,然而将性信息素直接用于防治,还存在成本较高、产品稳定性差、使用不够方便等问题。此外,由于我国幅员辽阔,相同配方的性信息素诱芯在不同区域对甜菜夜蛾的引诱效果往往差异很大,也成为制约这项技术推广应用的重要障碍。因此,调查不同地区甜菜夜蛾种群性信息素通讯系统间的差异,对于筛选使用地区针对性的性信息素诱芯,促进性信息素防治技术的推广和应用,具有重要意义。为此,本文选择上海、天津、泰安和武汉4个甜菜夜蛾田间种群,就雌蛾性信息素不同组分的含量和比例、以及雄蛾对不同比例性信息素二元混合物的电生理反应,进行了种群间的差异比较;为了探讨其机制,初步测定和比较泰安和上海2个种群在性信息素结合蛋白(Pheromone binding protein, PBP) PBP1和PBP2 DNA序列上的差异。此外,利用原核表达和体外荧光竞争结合实验,对甜菜夜蛾气味结合蛋白(Odorant binding protein, OBP)基因OBP7的功能进行了探讨。主要结果如下:1不同田间种群甜菜夜蛾性信息素组分及比例的差异2012年的测定结果表明,各田间种群性信息素腺体中均含有Z9-14:OH (A)、 Z9,E12-14:OH (B)、Z9-14:Ac (C)和Z9,E12-14:Ac (D)等4种组分,在组分构成上没有差异;但各组分含量及相对比例在不同种群间存在一定差异,上海种群A组分所占比例显著高于天津和武汉种群,天津种群中D组分所占比例显著高于其他3个种群;对于田间诱芯所含的A和D组分,两者比例(A:D)在种群间同样存在较大差异,上海种群最高为60:40,天津种群最低为43:57。2013年对泰安和上海2个种群的测定结果与2012年结果基本一致。研究结果为开发地区针对性的甜菜夜蛾性信息素诱芯提供了重要依据。2不同田间种群甜菜夜蛾对性信息素的EAG反应利用触角电位(EAG)技术,测定了泰安、上海2个种群甜菜夜蛾雄蛾对性信息素二元混合物(Z9-14:OH和Z9,E12-14:Ac)在不同比例(4:6、5:5、6:4、7:3和9:1)时的电生理反应。结果表明,上海和泰安种群的雄虫对5种不同比例的混合物均可产生显著的EAG反应,但2个种群反应的最适比例有所不同。相对而言,泰安种群偏向于低比例的混合物,对6:4比例的EAG反应最高;上海种群偏向于高比例混合物,对7:3比例的反应最高。不同种群在行为学反应上的差异,有待利用风洞或田间引诱实验予以明确。3不同田间种群甜菜夜蛾PBP1和PBP2序列的碱基差异为了探讨种群间在雄蛾对性信息素反应上差异的可能机制,以上海和泰安种群3龄幼虫为材料,克隆并分析了PBP1和PBP2的DNA序列。结果发现,无论是外显子还是内含子区域,PBP1及PBP2的碱基序列在种群内和种群间均存在多态性,并且在PBP1外显子区域的2处多态性导致氨基酸的替换。在泰安种群中,C123G导致谷氨酸变为天冬氨酸,G373A导致甘氨酸变为丝氨酸;在上海种群中,C123G导致谷氨酸变为天冬氨酸,C144G导致缬氨酸变为丙氨酸。这些氨基酸的替换是否会影响PBP对性信息素的结合能力进而影响雄蛾的感受能力,有待进一步分析研究。4甜菜夜蛾OBP7的原核表达及配体结合能力利用pET-30a(+)表达载体,在大肠杆菌中表达并纯化了甜菜夜蛾的OBP7重组蛋白。然后以1-NPN作为荧光探针,利用竞争性荧光结合分析方法,测定了OBP7对5种性信息素组分及其类似物和30种植物挥发物的结合能力。结果表明,成虫期触角高表达的SexiOBP7与性信息素主组分Z9,E12-14:Ac及植物挥发物法尼醇、苯乙酮、乙酸癸酯的结合能力较强,结合常数分别为8.27,8.36,9.46和11.15μM,由此推测SexiOBP7参与了成虫对这些气味的感受。
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