【摘要】：昆蟲的行為反應(yīng)與嗅覺感受密切相關(guān),主要依據(jù)觸角上的嗅覺感覺毛感受外界揮發(fā)性化合物,其上表達(dá)著多類嗅覺受體,可以識(shí)別外界化學(xué)信號(hào),轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳遞至更高級(jí)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在鱗翅目中,雄蛾可以遠(yuǎn)距離地感受雌蛾釋放的性信息素,識(shí)別求偶信號(hào)進(jìn)而交配繁衍后代。研究昆蟲編碼性信息素的神經(jīng)和分子機(jī)制,對(duì)于篩選和研發(fā)更高效的昆蟲行為調(diào)控劑具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。本研究以黏蟲(Mythimna separata)為研究對(duì)象,測(cè)試了雄蛾與雌蛾對(duì)性信息素組分及類似物的觸角電位反應(yīng);利用單細(xì)胞記錄技術(shù),根據(jù)對(duì)測(cè)試氣味的不同反應(yīng),鑒定出雄蛾長(zhǎng)毛形感器的不同功能亞型,明確了感受性信息素的主要嗅覺受體神經(jīng)元;根據(jù)觸角轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果,鑒定和克隆了6個(gè)性信息素受體基因,通過爪蟾卵母細(xì)胞體外表達(dá)系統(tǒng)結(jié)合雙電極電壓鉗技術(shù)記錄研究了受體功能,主要結(jié)果如下:1.本研究選取了黏蟲7種性信息素組分及類似物,分別測(cè)試了黏蟲雄蛾和雌蛾的觸角電位反應(yīng)。結(jié)果顯示,雄蛾觸角對(duì)主要性信息素成分Z11-16:Ald有強(qiáng)烈的電生理反應(yīng),其次是類似物Z9-14:Ald,對(duì)次要組分Z9-16:Ald反應(yīng)較小。雌蛾對(duì)供試性信息素組分及類似物反應(yīng)均較小。其中,雄蛾對(duì)Z11-16:Ald和Z9-14:Ald的反應(yīng)顯著高于雌蛾,表明雄蟲觸角主要識(shí)別雌蟲釋放的性信息素組分,在黏蟲的交配行為中起到至關(guān)重要的作用。2.利用單細(xì)胞記錄技術(shù),鑒定了黏蟲雄蛾觸角上長(zhǎng)毛形感器中嗅覺神經(jīng)元的功能。結(jié)果顯示,在黏蟲雄蛾觸角中鑒定出4種功能類型的長(zhǎng)毛形感器,即Type A、Type B、Type C和Type D。Type A為數(shù)量最多的感器類型,其中neuron b可被主要性信息素組分Z11-16:Ald和類似物Z9-14:Ald兩種氣味物質(zhì)激活,對(duì)Z11-16:Ald反應(yīng)強(qiáng)烈。Type B中鑒定有三種神經(jīng)元,其中neuron a被類似物Z11-16:OAc和Z9-14:Ald兩種氣味物質(zhì)激活,其中對(duì)Z9-14:Ald反應(yīng)敏感且最強(qiáng)烈,neuron b被次要組分Z9-16:Ald和Z11-16:OH兩種氣味物質(zhì)激活。Type C中有三種神經(jīng)元,其中neuron b特異地被Z11-16:OAc激活。Type D中有兩條神經(jīng)元,其中neuron b可被16:Ald激活。并測(cè)定了神經(jīng)元對(duì)性信息素組分及類似物的劑量反應(yīng)。3.前期在黏蟲觸角轉(zhuǎn)錄組中鑒定了6個(gè)性信息素受體基因。通過設(shè)計(jì)特異性引物,利用RACE技術(shù)從黏蟲雄蟲觸角中克隆得到MsepPR1,MsepPR2,MsepPR3,MsepPR4,MsepPR5和MsepPR6基因的全長(zhǎng)cDNA序列。與鱗翅目4個(gè)近源種棉鈴蟲、煙青蟲、煙芽夜蛾和海灰翅夜蛾的性信息素受體進(jìn)行進(jìn)化樹分析,結(jié)果顯示MsepPR1與OR16聚在一支,MsepPR2與OR11聚在一支,MsepPR3與OR13聚在一支,MsepPR4與OR15聚在一支,MsepPR5和MsepPR6單獨(dú)聚在一支。同源基因的序列相似性在81.34%至91.92%之間,表明黏蟲性信息素受體與其他4個(gè)近緣種的PRs高度保守。4.將克隆得到的受體基因與共受體Orco在爪蟾卵母細(xì)胞中進(jìn)行體外共表達(dá),結(jié)合雙電極電壓鉗技術(shù)進(jìn)行了體外功能研究。結(jié)果表明:MsepPR1/Orco對(duì)類似物Z9-14:Ald和次要組分Z11-16:OH反應(yīng)強(qiáng)烈;MsepPR5/Orco對(duì)主要組分Z11-16:Ald、次要組分Z11-16:OH、類似物Z9-14:Ald都有一定的反應(yīng);MsepPR6/Orco對(duì)主要組分Z11-16:Ald、次要組分Z9-16:Ald、類似物Z11-16:OAc和Z9-14:Ald都有較小的反應(yīng);MsepPR2/Orco、MsepPR3/Orco和MsepPR4/Orco對(duì)供試氣味均無反應(yīng)。
【圖文】：

3圖 1-1 黏蟲雄蛾觸角毛形感器的電鏡掃描圖 (引自 Chang et al., 2015)(A1-A5)表明毛形感器分為 ST I、ST II、ST III 3 種形態(tài)；(B1, B2) 為毛形感器橫切面掃描圖；D:樹突，CW:角質(zhì)層壁，P:極孔Figure 1-1 SEM micrographs of sensilla trichodea in male.A1-A5 shows shape of three types of sensilla trichodea; B1 and B2 shows the groove on sensilla trichodea.D, dendrites; CW, cuticle wallP, pores..2 昆蟲主要觸角感器的嗅覺識(shí)別功能鱗翅目昆蟲的毛形感器是其觸角上分布最廣、數(shù)量最多的感器，形狀多為毛形，尖端彎曲成或鉤狀。在棉鈴蟲、煙青蟲等鱗翅目昆蟲中還有長(zhǎng)毛形和短毛形之分 (王桂榮等，2002；劉等，2009)。目前認(rèn)為感受性信息素的感器主要是長(zhǎng)毛形感器 (Schneider., 1969; Sanes andebrand., 1976; Steinbrecht and Gnatzy., 1984)，短毛形感器在雌蟲中除了感受植物揮發(fā)物外，還

士學(xué)位論文 信息素組分(Ljungberg et al., 1993; Baker et al., 2004; Hillier and Vicker，分布較分散，長(zhǎng)度和毛形感器相比較短，端部有圓錐狀平鈍的突起內(nèi)有豐富的感覺神經(jīng)細(xì)胞，功能上主要可以感受植物的揮發(fā)性氣味 al., 2002)。腔錐形感器形狀類似菊花，表皮凹陷形成了淺圓腔，，中間突著生著花瓣?duì)畹木壦?(王桂榮等，2002)，功能上可以感受空氣中的二氣味和幼蟲氣味等 (Pophof, 1997)。嗅覺識(shí)別的分子機(jī)制識(shí)別過程涉及到多種嗅覺蛋白，具體過程如圖 1-2 所示：首先，外界表面的極孔進(jìn)到水溶性淋巴液，與周圍的氣味結(jié)合蛋白 (Odorant bind感受蛋白 (Chemosensory proteins, CSPs) 結(jié)合形成親水性的復(fù)合物，共的氣味受體 (Odorant receptors, ORs)。受體受到化學(xué)信號(hào)的刺激后，信號(hào)經(jīng)受體神經(jīng)元的軸突傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng) (Central nervous system信息整合，發(fā)出指令，完成反饋。氣味降解酶 (Odorant degrading enzy后的氣味分子降解，避免受體被持續(xù)刺激。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S433.4

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2 孔杰;劉s

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