本文關鍵詞：棉鈴蟲保幼激素作用機制及其對Bt抗性適合度代價的調(diào)控

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【摘要】：棉鈴蟲Helicoverpa armigera(Hübner)屬于鱗翅目夜蛾科,廣泛分布在世界各地,危害棉花、谷物、玉米、小麥等多種農(nóng)作物,造成重大的經(jīng)濟損失,是我國的一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲。Bt棉花的種植有效地控制了棉鈴蟲的發(fā)生危害,但是由于轉(zhuǎn)基因作物的大面積種植,許多害蟲一直處于Bt的選擇壓下,使得多種靶標昆蟲具有產(chǎn)生抗性的風險。美國東南部的棉鈴蟲、印度的紅鈴蟲在田間都對Bt棉花產(chǎn)生了抗性,且我國Bt棉花高強度種植地區(qū)的棉鈴蟲耐受性正逐年提高。因此,棉鈴蟲對Bt的抗性問題已成為影響B(tài)t棉花持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。靶標害蟲的Bt抗性適合度代價是影響其抗性發(fā)展速度的重要因素之一,生殖適合度代價決定著生物種群的繁衍,因此,明確Bt抗性的生殖適合度代價機理可為制定相應的抗性治理策略提供重要依據(jù)。本文對不同地區(qū)的棉鈴蟲抗、感品系的生殖適合度進行分析,并利用轉(zhuǎn)錄組鑒定了參與保幼激素調(diào)控的新基因,并對這些基因在棉鈴蟲發(fā)育過程中表達模式及有關基因?qū)γ掴徬x生殖發(fā)育的影響進行了研究。主要研究成果如下:選用采自于不同地區(qū)的3組室內(nèi)飼養(yǎng)的抗感品系(96S與BtR,LFS與LF120,XJS與XJ20),分析了抗、感棉鈴蟲的生殖指標、卵巢發(fā)育狀態(tài)及保幼激素滴度。結果表明敏感品系96S,LFS和XJS的產(chǎn)卵量分別為817.15±27.32、712.35±23.16和833.96±29.43,顯著的高于抗性品系(565.60±16.40-666.74±28.12);敏感品系的卵孵化率為55.19-69.51%,是抗性品系的1.25-2.75倍。比較抗、感品系棉鈴蟲卵巢發(fā)育狀況發(fā)現(xiàn),抗性品系的成熟卵比率和卵巢比重在羽化后2-5d顯著低于敏感品系。此外測定了調(diào)節(jié)鱗翅目昆蟲生殖的JH滴度,結果發(fā)現(xiàn)抗性棉鈴蟲的JH含量普遍高于敏感品系,LF120在羽化后1-3d顯著高于敏感品系LFS,在羽化后4-6d無差別,而XJ20在整個成蟲發(fā)育期的JH含量均高于敏感品系XJS。對棉鈴蟲不同發(fā)育時期的個體進行轉(zhuǎn)錄組測序并拼接,總共獲得了177539個unigenes,從中鑒定了21個參與JH合成和代謝的新基因。通過對棉鈴蟲體內(nèi)的JHⅢ含量測定發(fā)現(xiàn),JHⅢ滴度在2齡、3齡和4齡初期都有一個小高峰,根據(jù)保幼激素和滴度變化和合成代謝基因的時間表達譜分析發(fā)現(xiàn),法尼焦磷酸合成酶FPPS4是調(diào)節(jié)JH合成中的關鍵酶,保幼激素環(huán)氧水解酶JHEH2在JH代謝中發(fā)揮著重要作用。為了分析保幼激素對發(fā)育的影響,用不同濃度的Methoprene處理棉鈴蟲,結果發(fā)現(xiàn)2齡和5齡幼蟲對Methoprene的敏感性較高。低濃度Methoprene處理2齡棉鈴蟲后幼蟲的發(fā)育齡期的延長0.3-0.8d,2.5μg/μl的Methoprene抑制棉鈴蟲的發(fā)育幼蟲死亡率達到60%,5μg/μl的濃度處理時幼蟲的死亡率達到95%;3齡棉鈴蟲受低濃度激素類似物處理后幼蟲期發(fā)育歷期延長2d,而幼蟲死亡率在不同濃度的Methoprene處理下變化不大,約為18%-23%,當濃度達到5μg/μl時,幼蟲死亡率為45%;5齡棉鈴蟲幼蟲對高濃度Methoprene敏感,當濃度達到5μg/μl時,幼蟲死亡率達到80%。對Methoprene處理和對照處理組的5齡幼蟲進行轉(zhuǎn)錄組測序,得到了棉鈴蟲的50481個unigenes,經(jīng)差異基因分析發(fā)現(xiàn)兩種群上調(diào)表達的基因有583個,下調(diào)表達的基因有3833個。發(fā)現(xiàn)JH代謝和蛻皮激素分子作用機制的相關基因上調(diào)表達,參與JH合成的細胞色素P450及其他基因下調(diào)表達。熒光定量結果進一步分析了Methoprene對JH合成代謝及調(diào)控因子的影響。在轉(zhuǎn)錄組測序的基礎上,克隆分析了棉鈴蟲JH受體Met,調(diào)控因子Kr-h1以及FTZ-F1基因。Met、Kr-h1及FTZ-F1都具有保守的DNA結合位點,與其他昆蟲的序列有高度的相似性。熒光定量分析結果表明Met、Kr-h1和FTZ-F1在棉鈴蟲的整個發(fā)育歷期都有表達,幼蟲的變態(tài)前期表達量較高,蛹期表達量較低。在成蟲期,Met在雌性成蟲中的表達量是雄性成蟲的2.5倍,同時Met和Kr-h1在卵巢,脂肪體內(nèi)高表達。利用RNA干擾技術對這三個基因進行功能分析,發(fā)現(xiàn)Met和Kr-h1基因干擾后棉鈴蟲蛹化啟動時間提前48h,并且誘導蛻皮激素相關基因的表達水平上升了1.5-4倍;在棉鈴蟲成蟲中,Met和Kr-h1干擾個體的產(chǎn)卵量下降45%,卵孵化率降低36%。FTZ-F1基因干擾后影響5齡幼蟲的蛻皮,同時FTZ-F1干擾后誘導保幼激素的合成基因JHAMT的表達量上升2-6倍,抑制Kr-h1的表達。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S433.4
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本文編號：1293724