褐飞虱眼色分化机制初探及对生物学特性的影响分析

【摘要】复眼是昆虫接收信号和与外界沟通的重要感觉器官之一,对昆虫的取食、避敌和求偶等行为具有重要作用。复眼中的色素能够选择性吸收和反射自然界的光,使复眼呈现各种不同的颜色,这是昆虫重要的生物学特征之一在室内长期饲养的野生品系中偶尔可见眼色变化个体。目前,已有报道称在双翅目、膜翅目、鳞翅目和半翅目的40多种昆虫中发现了自然眼色的改变,变化后的眼色包括红色、白色、杏黄色和紫色等。其中,红色和白色最为常见。复眼颜色的改变可能会导致昆虫某些生理机能和生物学特性的改变。本实验室室内长期饲养的褐飞虱褐眼品系中出现了红眼个体。本文对红眼个体与褐眼个体进行交配、筛选、纯化,建立了褐飞虱红眼品系。以这两个品系为材料,研究褐飞虱眼色变化对其生物学特性的影响以及这种变化的生化和分子机制。主要的研究内容及结果如下：一、褐飞虱红眼品系的建立及生物学特性研究2009年本实验室饲养的褐飞虱褐眼品系中,发现了红眼的雌成虫,经分离纯化得到红眼品系。其复眼的颜色,从1龄若虫到成虫都表现为明显的红色。本文以褐眼品系和红眼品系为材料,以不同组合方式进行交配(♀×(?)：B×B、B×R、R×B、R×R),统计后代初孵若虫数和未孵化卵数,计算产卵量和卵孵化率,并收集培养若虫计算其成活率,研究眼色变化对褐飞虱生物学特性的影响。研究结果表明,两个品系在单雌产卵量、卵孵化率、3-5龄若虫的成活率等方面没有显著差异；而在1-3龄若虫成活率方面,红眼品系显著低于褐眼品系(P<0.05)。收集体重相近的不同品系个体的蜜露计重,研究褐飞虱眼色变化后其致害性的变化,褐飞虱褐眼品系的单雌蜜露分泌量为0.1018±0.0265mg,红眼品系为0.0904±0.0283mg,两个品系的蜜露分泌量没有显著差异,这说明眼色变化不会影响褐飞虱的取食。此外,眼色作为一种明显的遗传标记,可用于交配行为学的研究。本文以褐飞虱的红眼为标记,分别以RR×RR&BB、RR&BB×RR(♀×(?))两种交配组合方式研究褐飞虱雌、雄虫能否进行多次交配。实验结果发现,褐飞虱雌、雄虫都可以进行多次交配,且雄虫的多次交配能力更强。二、褐飞虱红眼表型遗传规律及生化机制研究褐飞虱的眼色变化是一种可遗传的改变。通过设计一系列的杂交实验,统计后代眼色分离比,研究这种变化的遗传规律。研究结果表明：正交或反交的F1代眼色全部为褐眼；F1代自交子代F2代眼色分离比均接近3：1(褐眼：红眼)；F1与亲本回交子代Ft代眼色分离比接近1：1(褐眼：红眼)；褐眼与红眼品系内自交子代眼色与亲本相同。这说明褐飞虱红色复眼的眼色遗传是由1对等位基因控制的常染色体隐性遗传,完全符合孟德尔常染色体隐性遗传学规律。测定不同交配组合(♀×♂：B×B、B×R、R×B、R×R)子代的色素含量,结果表明,无论是雌虫还是雄虫,褐飞虱红眼个体(R×R)中眼黄素和蝶啶含量都低于褐眼个体(B×B),R×R组合在雌、雄虫中的眼黄素含量分别只占B×B组合的36.3%和67.4%,蝶啶含量分别占73.4%和70.9%。两种色素水平下降及比例变化可能是褐飞虱眼色变化的生化基础。三、眼黄素合成酶及转运蛋白相关基因的序列多态性及表达量分析色氨酸加氧酶(TO)基因vermilion、犬尿氨酸3-羟化酶(KMO)基因cinnabar是眼黄素合成途径(色氨酸途径)中的两个重要的基因,white和scarlet基因分别编码ABC转运蛋白White和Scarlet,它们跨膜运输眼黄素和/或其前体。设计简并引物和特异性引物进行PCR扩增,得到上述基因的片段。由已获得的基因推导的氨基酸序列与其他昆虫相比,具有高度的相似性。选取一定量的红眼和褐眼试虫,进行单头序列比对,在scarlet基因上发现一个稳定的突变位点,因为没有得到该基因全长,所以以黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)的scarlet基因为参照,将该位点表示为M131I。以基因克隆得到的序列为依据,设计特异性引物,进行荧光定量PCR。定量结果显示,色氨酸加氧酶基因vermilion和编码ABC转运蛋白Scarlet的scarlet基因在红眼个体中的相对表达量分别是褐眼的4.86倍和1.73倍,表现出显著性差异(P<0.05)；而另外两个基因则相反,褐眼中的相对表达量略高于红眼,但差异不显著。
【作者】姚静；
【导师】刘泽文；
【作者基本信息】南京农业大学，农业昆虫与害虫防治，2013，硕士
【关键词】褐飞虱；红眼；生物学特性；遗传规律；突变；表达量差异；

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