【摘要】：眼斑溝芫菁(Hycleus cichorii)和大斑溝芫菁(Hycleus phaleratus)是鞘翅目(Coleoptera)芫菁科(Meloidae)重要藥用昆蟲,也稱為斑蝥。斑蝥在受到襲擾后能產(chǎn)生一種具有刺激性的防御物質(zhì)斑蝥素(Cantharidin),而斑蝥素及其衍生物已被證實具有抗癌作用。到目前為止,還沒有這兩種芫菁的基因組相關(guān)研究報告。在轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究方面,昆蟲的化學(xué)感受器基因是近年來的研究熱點,但眼斑溝芫菁和大斑溝芫菁在這方面的研究資料十分缺乏。同時,斑蝥素合成在大多數(shù)芫菁成蟲中具有性二型(sexual dimorphism)現(xiàn)象,而這方面的轉(zhuǎn)錄組研究分析較少。此外,由于芫菁科昆蟲的線粒體基因組信息不夠豐富,芫菁家族之間的一些親緣關(guān)系仍未了解清楚。本論文對兩種芫菁的全基因組、線粒體基因組進(jìn)行了鑒定和分析,同時利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對它們的一些重要功能基因進(jìn)行了研究。結(jié)果如下:1.首次報道了兩種芫菁的全基因組草圖,組裝得到超過98%的全變態(tài)昆蟲的單拷貝同源序列和絕大多數(shù)編碼區(qū)序列;經(jīng)分析分別獲得兩種芫菁的13,813條和13,725條蛋白質(zhì)編碼基因,其中89%的基因得到了功能注釋。通過BUSCO比對分析,證實兩種芫菁的基因組與高質(zhì)量的中歐山松大小蠹(Dendroctonus ponderosae)和白蠟窄吉丁(Agrilus planipennis)基因組測序質(zhì)量相當(dāng)。眼斑溝芫菁和大斑溝芫菁基因組的成功組裝,對未來斑蝥素的生物合成機制研究以及其它芫菁科和鞘翅目昆蟲的比較基因組學(xué)研究都有重要價值。2.完成了兩種芫菁的線粒體基因組測序,其長度分別為15,758bp和15,780bp;同時基于9種芫菁科昆蟲的13個蛋白質(zhì)編碼基因,用貝葉斯法構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。與已有研究結(jié)果比較,進(jìn)一步證實了兩種芫菁與馬可波羅溝芫菁(Hycleus marcipoli)和霍氏溝芫菁(Hycleus chodschenticus)密切相關(guān),并且所有的芫菁科物種都作為單系群回歸到圓點斑芫菁(Mylabris aulica)姐妹群中。3.首次通過轉(zhuǎn)錄組測序?qū)煞N芫菁的6個化學(xué)感受器基因家族進(jìn)行了分析。本研究一共鑒定了大斑溝芫菁的8個氣味結(jié)合蛋白基因(OBPs)、6個化學(xué)感受蛋白基因(CSPs)、3個感覺神經(jīng)元膜蛋白基因(SNMPs)、16個氣味受體基因(ORs)、8個味覺受體基因(GRs)和19個親離子受體基因(IRs);鑒定了眼斑溝芫菁的5個OBPs,6個CSPs,6個SNMPs,11個ORs,5個GRs和20個IRs基因。在分析中還發(fā)現(xiàn)了兩種芫菁“分歧IR(divergent IR)”基因的擴(kuò)張。在SNMP基因的三個亞類分析中,SNMP1在雄性芫菁中有高表達(dá),而SNMP2在雌性芫菁中有高表達(dá)。SNMP3在眼斑溝芫菁和大斑溝芫菁中都有大量表達(dá)。值得注意的是,SNMP3在兩種芫菁身體組織中的表達(dá)量有明顯差異,上下調(diào)趨勢完全相反,這也許和種群隔離有關(guān)。上述研究為今后芫菁科昆蟲的物種保護(hù)和生物學(xué)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。4.通過轉(zhuǎn)錄組測序和基因差異表達(dá)分析共組裝獲得37,422條眼斑溝芫菁的轉(zhuǎn)錄本序列。為了消除野外環(huán)境和飼養(yǎng)環(huán)境的表達(dá)差異,綜合分析了來自野外和實驗室飼養(yǎng)的兩組成蟲的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),共鑒別出698個雌雄顯著差異表達(dá)基因。此外,KEGG通路富集顯示,在雌蟲中顯著高表達(dá)基因主要富集到信號過程及遺傳物質(zhì)代謝相關(guān)通路;而在雄蟲中高表達(dá)基因主要富集到物質(zhì)和能量代謝相關(guān)通路。經(jīng)分析還鑒別出8個斑蝥素合成通路的核心酶基因。這些數(shù)據(jù)為斑蝥素的生物合成和性二型現(xiàn)象的深入研究提供了有益參考。
【圖文】：

圖 2.1 眼斑溝芫菁(a)和大斑溝芫菁(b)Figure 2.1 Hycleus cichorii(a) and Hycleus phaleratus(b) 生活習(xí)性芫菁屬于生活史較復(fù)雜的復(fù)變態(tài)昆蟲，芫菁的各齡期幼蟲形態(tài)和生活史別，在蛹期之外還存在偽蛹期（pseudopupae）。芫菁的一齡幼蟲胸足較爬行能力強，又稱為三爪蚴（triungulinlarva），屬步甲型幼蟲。該幼蟲蟲卵內(nèi)或侵入蜂巢內(nèi)進(jìn)食后，即開始蛻皮轉(zhuǎn)化為體壁較軟、行動緩慢且的蠐螬型幼蟲（scarabaecidlarva）。蠐螬型幼蟲經(jīng) 3 齡期左右的發(fā)育后，鉆入土壤繼續(xù)蛻皮進(jìn)入第 5 齡期，成為體壁較堅韌、胸足幾乎完全不動的堅皮幼蟲（coarctatelarva），即上文提到的偽蛹。芫菁以此蟲態(tài)越 6 個月左右再轉(zhuǎn)變?yōu)橄擉┬偷?6 齡期幼蟲，第二年再蛻皮、化蛹及羽化等，1991，2002）（圖 2.2）。

圖 2.2 芫菁生活史（圖片由科普作家嚴(yán)瑩提供）Figure 2.2 The life cycle of blister beetles(the pictures provided by a science writer Yan Ying)芫菁成蟲為植食性，，多為農(nóng)業(yè)害蟲，以豆類、瓜類植物，花生、辣椒、番茄等的嫩葉和花為食；幼蟲為肉食性，寄生或捕食蝗蟲卵，也可寄生于蜂巢捕食蜂卵或幼蟲。自然條件下芫菁多為每年 1 代，成蟲產(chǎn)卵于土中。芫菁的繁殖力較低，
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q963

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627898