对叶榕传粉榕小蜂气味结合蛋白和化学感受蛋白基因的进化和表达

对叶榕传粉榕小蜂气味结合蛋白和化学感受蛋白基因的进化和表达

作者:师大云端图书馆 时间:2016-01-05 分类:参考文献 喜欢:2855
师大云端图书馆

【摘要】化学感受对昆虫有着很大的影响,昆虫的觅食、产卵、交配、躲避天敌、寻找寄主等一系列行为都与化学感受有很大的关系。昆虫的化学感受分为2大过程:嗅觉感受和味觉感受。昆虫的化学感受需要识别大量的化学信号,参与的蛋白包括气味结合蛋白OBPs、化学感受蛋白CSPs、嗅觉受体ORs、味觉受体GRs、促离子型受体IRs,其中OBPs和CSPs参与第一步反应。榕树与传粉榕小蜂系统是一个经典的植物与昆虫之间专性互利共生的系统。传粉榕小蜂的整个发育过程均在黑暗封闭的榕果里的虫瘿里完成,一个独立的虫瘿里有一头小蜂。待成熟后,雄蜂从自己所在的虫瘿里钻出至榕果果腔,并在榕果内寻找尚在虫瘿中的雌蜂并完成其交配;而交配后的雌蜂则将飞离自己成长的榕果并寻找新的合适的榕果,以完成其产卵和传粉行为。跟其它昆虫一样,化学感受在榕小蜂的整个生命史中起着极为重要的作用,尤其表现在榕小蜂对榕树严格的寄主专一性以及其复杂的交配过程中。大多数榕小蜂雌蜂对其寄主榕树物种的识别均是表现出严格的专一性。大多数榕树的挂果表现为株内同步,株间异步,而成熟的传粉榕小蜂雌蜂的生命周期很短,最多存活1-2天的时间,故当雌蜂出瘿离开榕果后必须在最短时间里寻找合适的榕果进行产卵,榕小蜂的世代才能得以延续。那么精准的寄主榕树找寻与识别过程对雌蜂至关重要。而对传粉榕小蜂的雄蜂来说,它们终生生活在黑暗的果内,到小蜂成熟期时,总是雄蜂先羽化并钻出虫瘿,继而寻找尚处于虫瘿中的雌蜂进行交配。由于同一榕果里还生活多种别的小蜂(如非传粉小蜂),在黑暗的榕果环境里,雄蜂如何排除其它小蜂的干扰,从而最有效地找到其可交配的雌蜂资源?显然通过化学感受来感知其同种雌蜂发出的性信息素的过程是关键环节。在榕小蜂的生活习性中OBPs和CSPs的作用毋庸置疑,故识别了专一寄生在对叶榕Ficushispida榕果中的传粉榕小蜂Ceratosolensolmsi的OBPs和CSPs,进行了进化分析,并利用定量PCR的方法分析了雌雄蜂不同发育阶段、不同部位之间OBPs和CSPs基因的表达情况。最终得到如下的实验结果。在传粉榕小蜂C.solmsi中克隆得到2个OBPs、3个CSPs,并都在基因组中得到了验证。从基因组中识别了7个OBPs成员,在已报道OBPs的昆虫中数量是很少的,这可能是因为榕小蜂C.solmsi生境单一,不需要太多的OBPs感知外界环境的刺激。与生活在开放环境中的昆虫相比,生境相对单一、密闭的昆虫的OBPs基因数量少。通过保守的半胱氨酸位点模式的分析发现榕小蜂C.solmsi的OBPs可能还在进化中。在已有基因组数据的膜翅目昆虫中具有2组显著的同源序列CsolOBP1-NvitOBP02-AmelOBP10-SinvOBP10和CsolOBP2-NvitOBP76-AmelOBP1-SinvOBP1。综合配体结合试验、基序分析、系统发育分析,得到拥有3-2-1-4和3-2-1基序结构的OBPs可能是结合普通气味的,拥有2-1-4基序结构的CsolOBP1和CsolOBP2可能是结合性信息素。榕小蜂C.solmsiCSPs的保守的半胱氨酸位点排布模式是C1-X6-C2-X18-19-C3-X2-C4,也存在保守的基序基序,在膜翅目CSPs的系统发育变异非常大。雌雄蜂这2个基因家族成员在不同发育阶段的表达结果表明:1)在雌蜂中除了CsolOBP6之外所有的基因均在其出虫瘿后表达量达到最大值,尤其是CsolOBP4和CsolOBP5,说明OBPs在榕小蜂C.solmsi雌蜂的寄主识别过程中起非常重要的作用,且CsolOBP4和CsolOBP5很可能在雌蜂寻找寄主榕树的过程中主要感知榕果的挥发性气体;2)在雌蜂中CSPs基因均在其出榕果后表达量达到最大值,说明传粉榕小蜂C.solmsi雌蜂到达榕果表面后,需要感知触觉信号判断是否是合适的榕果,此时主要是CSPs起主要作用;3)出虫瘿后的雄蜂大部分OBPs基因的表达量相比蛹期显著增高,其中CsolOBP1、CsolOBP2和CsolOBP5的表达量超过了190倍,说明CsolOBP1和CsolOBP2(或CsolOBP5)可能在榕小蜂C.solmsi雄蜂中行使感知性信息素的功能;4)在雄蜂中CSPs基因均在其出虫瘿后表达量达到最大值,说明雄蜂在虫瘿之间爬行寻找合适的雌蜂进行交配需要感知触觉信号,CSPs起主要的作用;5)除了CsolOBP1外,所有基因在出果雄蜂的表达量比出虫瘿雄蜂的表达量高,这可能与简单的社会分工有关,但还需要进一步的实验验证。出虫瘿成虫不同部位的OBPs和CSPs基因的表达结果表明:1)OBPs在出虫瘿雌蜂的头胸腹部都有表达,大部分OBPs基因在头部进行高表达,尤其是CsolOBP4、CsolOBP5;2)CSPs在出虫瘿雌蜂的头胸腹部都有表达,并且在头胸部的表达量显著高于腹部的表达量,在头部和胸部的感受器上表达了CSPs;3)OBPs在出虫瘿雄蜂的头胸腹部上都有表达,所有的基因在头部的表达量最大,特别是CsolOBP1、CsolOBP2和CsolOBP5,说明头部是雄蜂感知气味的重要部位;4)CSPs在出虫瘿的雄蜂的头胸腹部上都有表达,CsolCSPl和CsolCSP4在头部和胸部的表达量最高。
【作者】王楠;
【导师】黄大卫;
【作者基本信息】山东农业大学,农业昆虫与害虫防治,2014,博士
【关键词】榕小蜂;气味结合蛋白基因;化学感受蛋白基因;进化;基因表达;

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