本文關(guān)鍵詞：參與二種醛及一種酯識別的昆蟲化學(xué)感受分子機制　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為自然界中最龐大的動物類群,昆蟲進化出復(fù)雜的化學(xué)感覺系統(tǒng)來感知并適應(yīng)生態(tài)環(huán)境。昆蟲利用嗅覺和味覺感受系統(tǒng)捕捉周圍環(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源以及辨別最優(yōu)的產(chǎn)卵地點。昆蟲嗅覺受體蛋白包括氣味分子受體和離子型受體兩類,各自對應(yīng)特異性化合物感受譜以介導(dǎo)對不同化合物類別的嗅覺感受,但二者間是否存在協(xié)同感受機制未知。昆蟲味覺受體家族單個成員的感受譜較窄,僅針對某一類化合物,如糖類和苦物化合物,但能否編碼其他化合物類別不甚了解。直翅目和雙翅目昆蟲種類多樣,數(shù)量龐大,其中大部分為農(nóng)業(yè)害蟲,對于這兩類昆蟲嗅覺和味覺感受系統(tǒng)的研究尤其重要。直翅目東亞飛蝗(Locusta migratoria)作為我國廣泛發(fā)生的草原和農(nóng)田害蟲,食量巨大,但嗅覺系統(tǒng)影響選食行為的分子機制,尤其是近距離范圍內(nèi)嗅覺系統(tǒng)對食物源揮發(fā)物的分子識別模式尚不清楚。雙翅目黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)幼蟲體型弱小,且不轉(zhuǎn)移寄主,因此成蟲的產(chǎn)卵地點選擇顯得尤為重要;雖然已知雌蟲利用味覺感受系統(tǒng)感知環(huán)境中與產(chǎn)卵地點相關(guān)的非生物性味覺信息,但成蟲和幼蟲間的化學(xué)信息交流對于產(chǎn)卵地點選擇的影響及雌蟲感受這些化學(xué)信息的分子機制未知。本研究分析了飛蝗口器觸須對于食物氣味的行為反應(yīng)并明確了介導(dǎo)二種醛類識別的不同嗅覺通路分子機制;同時,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分泌物對于雌蟲產(chǎn)卵地點選擇的影響;鑒定了一種決定雌蟲產(chǎn)卵地點選擇的酯類化合物及其味覺受體。本研究獲得的主要研究結(jié)果如下:1.飛蝗識別二種醛的嗅覺分子機制及其對取食選擇的作用本論文通過行為學(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類嗅覺受體分子通路,負(fù)責(zé)近距離范圍內(nèi)對寄主植物揮發(fā)的6碳醛類化合物的識別。首先利用改進的開放式嗅覺行為儀開展行為生測,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程。當(dāng)縮短揮發(fā)物與觸須的距離時,觸須在近距離范圍內(nèi)表現(xiàn)出開合反應(yīng),并對高濃度劑量(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的行為反應(yīng),建立了口器觸須開合反應(yīng)(Palp Opening Response,POR)。POR實驗結(jié)果表明觸須可以靈敏且特異地識別某些化合物,如綠葉揮發(fā)物(包括6個碳原子的醇類、酯類、醛類及其相應(yīng)的衍生物)。原位雜交實驗顯示口器觸須嗅覺感器內(nèi)存在完整的嗅覺感受分子通路: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)。進一步研究結(jié)果表明通過體內(nèi)注射長雙鏈RNA可以特異性下調(diào)上述三個嗅覺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)。類似地,通過注射長鏈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Hexanal的POR反應(yīng)減弱,但對E-2-Hexenal的POR反應(yīng)未受影響,說明刺形感器中存在介導(dǎo)Hexanal識別和傳導(dǎo)的離子型嗅覺受體通路。進一步同時下調(diào)LmigOrco和LmigIR8aa的表達(dá)水平接近完全消除飛蝗對于Hexanal的POR反應(yīng)。綜上表明,氣味分子嗅覺受體和離子型嗅覺受體協(xié)同感受Hexanal并介導(dǎo)隨后的POR反應(yīng)。本研究鑒定到兩類嗅覺受體家族(氣味分子受體和離子型受體)同時參與對同一種揮發(fā)性6碳醛的化學(xué)識別,有助于進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)物的嗅覺分子基礎(chǔ)。2.果蠅識別一種酯的味覺機制及其對產(chǎn)卵地點選擇的作用本研究中利用自行設(shè)計的競爭性產(chǎn)卵實驗裝置描述了黑腹果蠅雌蟲在產(chǎn)卵時對幼蟲分泌物的偏好性選擇并鑒定到一類可特異性激發(fā)產(chǎn)卵地點選擇偏好的酯類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,通過己烷浸泡黑腹果蠅幼蟲可提取到12種化合物(與幼蟲爬行后殘留的分泌物組成相同),且雌蟲對該提取物表現(xiàn)出產(chǎn)卵偏好。氣味分子受體共表達(dá)受體Orco突變體雌蟲并未表現(xiàn)出對幼蟲提取物的產(chǎn)卵偏好缺陷,表明Orco介導(dǎo)的嗅覺通路并不參與對幼蟲提取物的識別。通過分析上述12種化合物單一組分及6種黑腹果蠅性信息素對雌蟲產(chǎn)卵選擇行為的影響,發(fā)現(xiàn)僅有1種幼蟲脂肪酸酯類化合物,順-9-十八烯酸乙酯(Z-9-Octadecenoic acid ethyl ester,OE)可特異性誘導(dǎo)雌蟲產(chǎn)生產(chǎn)卵偏好行為。進一步研究顯示產(chǎn)卵地點的營養(yǎng)和化學(xué)成分并不影響雌蟲由OE引起的產(chǎn)卵偏好性,但顯著性影響雌蟲的產(chǎn)卵數(shù)目。另外,OE誘導(dǎo)產(chǎn)卵偏好性依賴于環(huán)境中OE的濃度,在適當(dāng)濃度范圍內(nèi)OE促使雌蟲減少對產(chǎn)卵地點的判斷時間從而加速產(chǎn)卵。通過突變poxn基因封閉味覺感受系統(tǒng)后,雌蟲喪失對幼蟲提取物和OE的產(chǎn)卵偏好性;通過遺傳學(xué)手段補救poxn基因的表達(dá)后,突變體恢復(fù)品系雌蟲重新獲得對幼蟲提取物和OE的味覺感受功能,表現(xiàn)出正常的產(chǎn)卵偏好性。進一步遺傳學(xué)定位顯示雌蟲足上跗節(jié)的味覺感器負(fù)責(zé)OE感受。通過篩選味覺受體突變體確定味覺受體Gr32a的缺失導(dǎo)致雌蟲喪失對幼蟲分泌物的產(chǎn)卵選擇能力;遺傳學(xué)手段補救Gr32a的正常表達(dá)可恢復(fù)雌蟲對幼蟲分泌物的產(chǎn)卵偏好性。綜上結(jié)果表明,黑腹果蠅雌蟲通過Gr32a介導(dǎo)的味覺感受通路識別幼蟲分泌物OE,指導(dǎo)雌蟲選擇產(chǎn)卵地點。本文報道的研究結(jié)果,不僅在理論上豐富了昆蟲選食行為和產(chǎn)卵地點選擇行為中涉及的嗅覺和味覺感受分子通路的機制研究,為研究其他昆蟲化學(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綜合防治的有效靶標(biāo)位點,從而為開發(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】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S433

【參考文獻(xiàn)】

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

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

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1 郭梅;蝗蟲離子型受體和信息素結(jié)合蛋白的鑒定及功能研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號：1370416