本文關(guān)鍵詞：參與二種醛及一種酯識(shí)別的昆蟲(chóng)化學(xué)感受分子機(jī)制　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為自然界中最龐大的動(dòng)物類(lèi)群,昆蟲(chóng)進(jìn)化出復(fù)雜的化學(xué)感覺(jué)系統(tǒng)來(lái)感知并適應(yīng)生態(tài)環(huán)境。昆蟲(chóng)利用嗅覺(jué)和味覺(jué)感受系統(tǒng)捕捉周?chē)h(huán)境內(nèi)的揮發(fā)性和非揮發(fā)性化學(xué)信息,以此選擇合適的食物來(lái)源以及辨別最優(yōu)的產(chǎn)卵地點(diǎn)。昆蟲(chóng)嗅覺(jué)受體蛋白包括氣味分子受體和離子型受體兩類(lèi),各自對(duì)應(yīng)特異性化合物感受譜以介導(dǎo)對(duì)不同化合物類(lèi)別的嗅覺(jué)感受,但二者間是否存在協(xié)同感受機(jī)制未知。昆蟲(chóng)味覺(jué)受體家族單個(gè)成員的感受譜較窄,僅針對(duì)某一類(lèi)化合物,如糖類(lèi)和苦物化合物,但能否編碼其他化合物類(lèi)別不甚了解。直翅目和雙翅目昆蟲(chóng)種類(lèi)多樣,數(shù)量龐大,其中大部分為農(nóng)業(yè)害蟲(chóng),對(duì)于這兩類(lèi)昆蟲(chóng)嗅覺(jué)和味覺(jué)感受系統(tǒng)的研究尤其重要。直翅目東亞飛蝗(Locusta migratoria)作為我國(guó)廣泛發(fā)生的草原和農(nóng)田害蟲(chóng),食量巨大,但嗅覺(jué)系統(tǒng)影響選食行為的分子機(jī)制,尤其是近距離范圍內(nèi)嗅覺(jué)系統(tǒng)對(duì)食物源揮發(fā)物的分子識(shí)別模式尚不清楚。雙翅目黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)幼蟲(chóng)體型弱小,且不轉(zhuǎn)移寄主,因此成蟲(chóng)的產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇顯得尤為重要;雖然已知雌蟲(chóng)利用味覺(jué)感受系統(tǒng)感知環(huán)境中與產(chǎn)卵地點(diǎn)相關(guān)的非生物性味覺(jué)信息,但成蟲(chóng)和幼蟲(chóng)間的化學(xué)信息交流對(duì)于產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇的影響及雌蟲(chóng)感受這些化學(xué)信息的分子機(jī)制未知。本研究分析了飛蝗口器觸須對(duì)于食物氣味的行為反應(yīng)并明確了介導(dǎo)二種醛類(lèi)識(shí)別的不同嗅覺(jué)通路分子機(jī)制;同時(shí),本研究利用行為學(xué)、化學(xué)分析和分子生物學(xué)手段探討了黑腹果蠅幼蟲(chóng)分泌物對(duì)于雌蟲(chóng)產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇的影響;鑒定了一種決定雌蟲(chóng)產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇的酯類(lèi)化合物及其味覺(jué)受體。本研究獲得的主要研究結(jié)果如下:1.飛蝗識(shí)別二種醛的嗅覺(jué)分子機(jī)制及其對(duì)取食選擇的作用本論文通過(guò)行為學(xué)和分子生物學(xué)鑒定到氣味分子受體和離子型受體介導(dǎo)的2類(lèi)嗅覺(jué)受體分子通路,負(fù)責(zé)近距離范圍內(nèi)對(duì)寄主植物揮發(fā)的6碳醛類(lèi)化合物的識(shí)別。首先利用改進(jìn)的開(kāi)放式嗅覺(jué)行為儀開(kāi)展行為生測(cè),結(jié)果表明飛蝗利用觸角接收遠(yuǎn)距離食物源的揮發(fā)物信息,而口器觸須并不參加該過(guò)程。當(dāng)縮短揮發(fā)物與觸須的距離時(shí),觸須在近距離范圍內(nèi)表現(xiàn)出開(kāi)合反應(yīng),并對(duì)高濃度劑量(50%v/v)產(chǎn)生嘔吐反應(yīng)。其次,本研究利用觸須在近距離接受氣味刺激時(shí)的行為反應(yīng),建立了口器觸須開(kāi)合反應(yīng)(Palp Opening Response,POR)。POR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明觸須可以靈敏且特異地識(shí)別某些化合物,如綠葉揮發(fā)物(包括6個(gè)碳原子的醇類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)及其相應(yīng)的衍生物)。原位雜交實(shí)驗(yàn)顯示口器觸須嗅覺(jué)感器內(nèi)存在完整的嗅覺(jué)感受分子通路:氣味分子受體共表達(dá)受體LmigOrco、特異性氣味分子受體LmigOR2和氣味分子結(jié)合蛋白Lmigobp1共表達(dá)于同一錐形感器(S.Basiconica)內(nèi)。進(jìn)一步研究結(jié)果表明通過(guò)體內(nèi)注射長(zhǎng)雙鏈RNA可以特異性下調(diào)上述三個(gè)嗅覺(jué)基因在觸須上的表達(dá)水平,且POR結(jié)果表明干擾LmigOrco、LmigOR2和Lmigobp1可顯著降低由E-2-Hexenal和Hexanal引起的觸須開(kāi)合反應(yīng)。此外,原位雜交結(jié)果顯示離子型共表達(dá)受體LmigIR8a和氣味分子結(jié)合蛋白Lmigobp2a高豐度表達(dá)于觸須端部同一刺形感器內(nèi)。類(lèi)似地,通過(guò)注射長(zhǎng)鏈RNA介導(dǎo)的RNA干擾(RNA interference,RNAi)可有效下調(diào)二者的表達(dá)水平。干擾LmigIR8a和Lmigobp2 導(dǎo)致蝗蝻對(duì)Hexanal的POR反應(yīng)減弱,但對(duì)E-2-Hexenal的POR反應(yīng)未受影響,說(shuō)明刺形感器中存在介導(dǎo)Hexanal識(shí)別和傳導(dǎo)的離子型嗅覺(jué)受體通路。進(jìn)一步同時(shí)下調(diào)LmigOrco和LmigIR8aa的表達(dá)水平接近完全消除飛蝗對(duì)于Hexanal的POR反應(yīng)。綜上表明,氣味分子嗅覺(jué)受體和離子型嗅覺(jué)受體協(xié)同感受Hexanal并介導(dǎo)隨后的POR反應(yīng)。本研究鑒定到兩類(lèi)嗅覺(jué)受體家族(氣味分子受體和離子型受體)同時(shí)參與對(duì)同一種揮發(fā)性6碳醛的化學(xué)識(shí)別,有助于進(jìn)一步揭示東亞飛蝗口器觸須在近距離范圍內(nèi)感受食物源揮發(fā)物的嗅覺(jué)分子基礎(chǔ)。2.果蠅識(shí)別一種酯的味覺(jué)機(jī)制及其對(duì)產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇的作用本研究中利用自行設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)卵實(shí)驗(yàn)裝置描述了黑腹果蠅雌蟲(chóng)在產(chǎn)卵時(shí)對(duì)幼蟲(chóng)分泌物的偏好性選擇并鑒定到一類(lèi)可特異性激發(fā)產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇偏好的酯類(lèi)化合物及其感受受體。氣相色譜結(jié)合質(zhì)譜(GC-MS)分析結(jié)果表明,通過(guò)己烷浸泡黑腹果蠅幼蟲(chóng)可提取到12種化合物(與幼蟲(chóng)爬行后殘留的分泌物組成相同),且雌蟲(chóng)對(duì)該提取物表現(xiàn)出產(chǎn)卵偏好。氣味分子受體共表達(dá)受體Orco突變體雌蟲(chóng)并未表現(xiàn)出對(duì)幼蟲(chóng)提取物的產(chǎn)卵偏好缺陷,表明Orco介導(dǎo)的嗅覺(jué)通路并不參與對(duì)幼蟲(chóng)提取物的識(shí)別。通過(guò)分析上述12種化合物單一組分及6種黑腹果蠅性信息素對(duì)雌蟲(chóng)產(chǎn)卵選擇行為的影響,發(fā)現(xiàn)僅有1種幼蟲(chóng)脂肪酸酯類(lèi)化合物,順-9-十八烯酸乙酯(Z-9-Octadecenoic acid ethyl ester,OE)可特異性誘導(dǎo)雌蟲(chóng)產(chǎn)生產(chǎn)卵偏好行為。進(jìn)一步研究顯示產(chǎn)卵地點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)和化學(xué)成分并不影響雌蟲(chóng)由OE引起的產(chǎn)卵偏好性,但顯著性影響雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵數(shù)目。另外,OE誘導(dǎo)產(chǎn)卵偏好性依賴(lài)于環(huán)境中OE的濃度,在適當(dāng)濃度范圍內(nèi)OE促使雌蟲(chóng)減少對(duì)產(chǎn)卵地點(diǎn)的判斷時(shí)間從而加速產(chǎn)卵。通過(guò)突變poxn基因封閉味覺(jué)感受系統(tǒng)后,雌蟲(chóng)喪失對(duì)幼蟲(chóng)提取物和OE的產(chǎn)卵偏好性;通過(guò)遺傳學(xué)手段補(bǔ)救poxn基因的表達(dá)后,突變體恢復(fù)品系雌蟲(chóng)重新獲得對(duì)幼蟲(chóng)提取物和OE的味覺(jué)感受功能,表現(xiàn)出正常的產(chǎn)卵偏好性。進(jìn)一步遺傳學(xué)定位顯示雌蟲(chóng)足上跗節(jié)的味覺(jué)感器負(fù)責(zé)OE感受。通過(guò)篩選味覺(jué)受體突變體確定味覺(jué)受體Gr32a的缺失導(dǎo)致雌蟲(chóng)喪失對(duì)幼蟲(chóng)分泌物的產(chǎn)卵選擇能力;遺傳學(xué)手段補(bǔ)救Gr32a的正常表達(dá)可恢復(fù)雌蟲(chóng)對(duì)幼蟲(chóng)分泌物的產(chǎn)卵偏好性。綜上結(jié)果表明,黑腹果蠅雌蟲(chóng)通過(guò)Gr32a介導(dǎo)的味覺(jué)感受通路識(shí)別幼蟲(chóng)分泌物OE,指導(dǎo)雌蟲(chóng)選擇產(chǎn)卵地點(diǎn)。本文報(bào)道的研究結(jié)果,不僅在理論上豐富了昆蟲(chóng)選食行為和產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇行為中涉及的嗅覺(jué)和味覺(jué)感受分子通路的機(jī)制研究,為研究其他昆蟲(chóng)化學(xué)感受受體的功能提供了借鑒,在應(yīng)用上亦使得化學(xué)感受受體基因成為害蟲(chóng)綜合防治的有效靶標(biāo)位點(diǎn),從而為開(kāi)發(fā)新一代生物農(nóng)藥提供了理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Insect olfactory receptors ( Locusta migratoria ) , which are widely distributed in China , are sensitive to different compounds , such as saccharides and bitter compounds . the results of the por experiments indicate that certain compounds , such as green leaf volatiles ( alcohols having 6 carbon atoms , esters , aldehydes , and their corresponding derivatives ) , can be identified sensitively and specifically . In this study , we identified two types of olfactory receptor families ( odor molecular receptors and ionic receptors ) .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S433

【參考文獻(xiàn)】

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1 許益鐫,曾玲,陸永躍,林進(jìn)添;桔小實(shí)蠅對(duì)不同水果產(chǎn)卵的選擇性[J];華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

2 趙成華,閻云花;馬尾松針葉中的揮發(fā)物質(zhì)對(duì)馬尾松毛蟲(chóng)產(chǎn)卵行為的影響[J];林業(yè)科學(xué);2003年06期

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本文編號(hào)：1370416