【摘要】：昆蟲在漫長的進化過程中形成了高度靈敏和極其復(fù)雜的嗅覺系統(tǒng),這種專一的嗅覺感受機制通過感受、識別外界環(huán)境各種特定的化學(xué)氣味,從而參與到昆蟲的多種生理活動中,如選擇寄主、找尋配偶、尋覓產(chǎn)卵所、覓食以及趨避等。而昆蟲性信息素和各種植物揮發(fā)物質(zhì)作為化學(xué)通訊的中介,在昆蟲的嗅覺感受過程起到了重要的作用。美國白蛾Hyphantria cunea(Drury),是一種世界性檢疫害蟲,其爆發(fā)性的蔓延與擴散使我國遭受無法估量的經(jīng)濟損失和巨大的生態(tài)災(zāi)難。美國白蛾已成為我國最重要的外來入侵種之一,防控形勢十分嚴峻。當前,國內(nèi)外學(xué)者對于昆蟲嗅覺機制和化學(xué)感受基因的研究都集中于分泌Type-Ⅰ型性信息素的鱗翅目害蟲上,而產(chǎn)生Type-II型性信息素—美國白蛾的嗅覺分子機制未見報道。因此,迫切需要對美國白蛾進行嗅覺機制尤其是性信息素通訊的分子機制的相關(guān)研究,從而為發(fā)掘美國白蛾科學(xué)防控路徑提供新的思路。本實驗采用高通量測序技術(shù)對美國白蛾雌雄觸角進行轉(zhuǎn)錄組測序;接著,利用生物信息學(xué)方法發(fā)掘和鑒定嗅覺相關(guān)基因。在此基礎(chǔ)上,進一步通過組織表達分析,對相關(guān)基因的表達譜進行研究。主要結(jié)果如下:1.美國白蛾觸角轉(zhuǎn)錄組測序及生物信息學(xué)分析:(1)美國白蛾觸角轉(zhuǎn)錄組測序產(chǎn)生的堿基數(shù)約為8G,共獲得64,020,776個Clean reads。經(jīng)Trinity拼接組裝后得到78,131條轉(zhuǎn)錄本(Transcripts),最終篩選得到59,243條Unigenes。有15,242個Unigenes可以同源比對到Nr數(shù)據(jù)庫其他物種中,其中美國白蛾與家蠶(Bombyx mori)比對的序列最多,達48.1%,其次是黑脈金斑蝶(Danaus plexippus,29.5%)。(2)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中,12,565個Unigenes成功進行GO注釋,5,781個Unigenes成功進行KO注釋。(3)美國白蛾觸角轉(zhuǎn)錄組59,243個Unigenes中,表達量較高的(FPKM10)基因7708個。表達豐度最高的50個基因中,7個是OBP(Odorant binding protein),2個是CSP(Chemosensory protein)。2.美國白蛾嗅覺基因的鑒定與表達:(1)對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行同源比對,鑒定得到30個氣味結(jié)合蛋白(OBP)基因,17個化學(xué)感受蛋白(CSP)基因,52個氣味受體(OR)基因,10個羧酸酯酶(CXE)基因,2個感覺神經(jīng)元膜蛋白(SNMP)基因,9個味覺受體(GR)基因和10個離子型受體(IR)基因。(2)通過反轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR)和熒光定量PCR(RT-qPCR)對部分嗅覺基因進行組織表達研究,結(jié)果表明:部分OBP表現(xiàn)出觸角高表達;3個PBP(Pheromone binding protein)為雄性觸角高表達;CSP具有廣泛的組織表達譜;HyphOR27(ORco)在觸角表達量較高,3個PR(HyphOR1,HyphOR7,HyphOR50)雄性觸角高表達;CXE在幼蟲上廣泛表達,在雌雄觸角上各有高表達的基因;HyphSNMP1和HyphSNMP2分別在雌、雄觸角上表達量高。本研究首次對美國白蛾觸角進行了轉(zhuǎn)錄組分析,鑒定獲得了美國白蛾嗅覺相關(guān)基因;同時,明確了主要嗅覺基因在雌雄個體間、不同組織間的表達特異性;該研究為明確美國白蛾性信息素通訊的分子機制奠定了基礎(chǔ),也為探索美國白蛾嗅覺分子控制新途徑提供了重要依據(jù)。另外,本研究對于其它Type-Ⅱ型性信息素蛾類昆蟲的嗅覺感受機制研究具有重要借鑒意義,拓展了鱗翅目蛾類嗅覺分子機制的研究。
[Abstract]:Insects have developed a highly sensitive and complex olfactory system during their long evolutionary process. This unique olfactory sensing mechanism recognizes various specific chemical odors in the external environment through sensation, thus participating in a variety of physiological activities of insects, such as host selection, mate search, spawning, foraging and avoidance. Sexual pheromones and plant volatiles play an important role in the olfactory process of insects. Hyphantria cunea (Drury), a worldwide quarantine pest, suffers immeasurable economic losses and enormous ecological disasters due to its explosive spread. Nowadays, the research on olfactory mechanism and chemosensitivity genes of insects has been concentrated on Lepidoptera pests secreting type-I sex pheromone, but the molecular mechanism of type-II sex pheromone, the olfactory mechanism of American white moth, has not been reported. Therefore, it is urgent to study the olfactory mechanism, especially the molecular mechanism of sex pheromone communication, in order to provide new ideas for the scientific prevention and control of white moth. The main results are as follows: (1) Sequencing and bioinformatics analysis of the antennal transcriptome of the American white moth, Hyphantria xylostella, yielded 64,020,776 Clean reads. After splicing and assembling, 78,131 transcripts (Transcripts) were obtained, and 59,243 Unigenes were screened out. 15,242 Unigenes could be homologously compared with other species in Nr database. Among them, the sequence of Bombyx Mori and White Moth (Bombyx mori) was 48.1%, followed by Danaus plexippus (29.5%). 12,565 Unigenes were successfully annotated with GO, and 5,781 Unigenes were successfully annotated with KO. (3) Of 59,243 Unigenes in the antennal transcription group, 7708 genes were highly expressed (FPKM10). Identification and expression: (1) Homologous comparison of transcriptome data identified 30 odor-binding protein (OBP) genes, 17 chemoreceptor protein (CSP) genes, 52 odor receptor (OR) genes, 10 carboxylesterase (CXE) genes, 2 sensory neuron membrane protein (SNMP) genes, 9 taste receptor (GR) genes and 10 ionotype receptor (IR) genes. (2) Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and fluorescence quantitative PCR (RT-qPCR) were used to study the tissue expression of some olfactory genes. The results showed that some OBPs were highly expressed in antennae, three PBPs (Pheromone binding protein) were highly expressed in male antennae, CSP had extensive tissue expression profiles, HyphOR27 (ORco) was highly expressed in antennae, and three PR (HyphOR1, Hyp ORco) were highly expressed in antennae. HOR7, HyphOR50) is highly expressed in male antennae; CXE is widely expressed in larvae, with high expression genes in both male and female antennae; HyphSNMP1 and HyphSNMP2 are highly expressed in female and male antennae, respectively. This study laid a foundation for clarifying the molecular mechanism of sex pheromone communication in the American white moth, and also provided an important basis for exploring new ways of olfactory molecular control in the American white moth. The research has important reference significance and expands the molecular mechanism of olfactory in Lepidoptera moths.
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S763.42

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本文編號：2186610