斑痣悬茧蜂触角中嗅觉相关基因的鉴定及组织表达分析

本实验以斑痣悬茧蜂为材料,通过斑痣悬茧蜂触角转录组测序的结果筛选出13个味觉受体GRs基因、20个羧酸酯酶CXEs基因和15个谷胱甘肽-S-转移酶GSTs基因


摘  要:斑痣悬茧蜂(Meteorus pulchricornis)作为膜翅目昆虫中一种重要的寄生蜂,是甜菜夜蛾(Spodoptera exiqua)、棉铃虫(Helicoverpa armigera)和舞毒蛾(Lymantria dispar)等重大农林害虫的常见天敌,具有极其敏锐的嗅觉感受系统,对其食物选择、寄主搜寻、交配和产卵等多种行为反应起重要的作用。当其识别外界环境气味分子时,机体内会发生一系列反应。首先气味分子进入到淋巴液,与相应受体结合成复合体形式,引起信号的转化和传导,最终终止信号。这一反应过程需要多种蛋白的参与,如气味结合蛋白(OBPs)、嗅觉神经元膜蛋白(SNMPs)、气味受体(ORs)和气味降解酶(ODEs)等。

本文从斑痣悬茧蜂触角转录组数据库中鉴定得到了13个味觉受体GRs基因、20个羧酸酯酶CXEs基因和15个谷胱甘肽-S-转移酶GSTs基因,并应用了实时荧光定量PCR方法对斑痣悬茧蜂的触角、腹部和足的味觉受体基因的表达量以及其触角、足、腹部、胸部和产卵器的羧酸酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶基因的表达量进行比较,主要结果如下:

(1)所得的13个味觉受体基因命名为MpulGR1-13,编码75-433个氨基酸,具有1-7个跨膜结构域(TMD),与其他昆虫GRs的相似性为25-84%,其中与大黄蜂GRs的相似性最高,达到84%。除MpulGR6外,其他MpulGRs在触角中的表达量均高于腹部和足。4个MpulGRs(MpulGR5、MpulGR7、MpulGR9和MpulGR13)基因在触角的转录表达水平大约比在腹部的表达水平高25-115倍。系统进化树表明,MpulGRs多与双翅目丽蝇蛹集金小蜂聚在一起,而MpulGR1却与识别糖受体的中红侧沟茧蜂MmedGR6聚为一簇。而且,任意两种MpulGRs基因之间的同源性偏低。

(2)所得的20个羧酸酯酶命名为MpulCXE1-20,编码222-667个氨基酸,与其他昆虫CXEs的相似性为40-79%,其中两个MpulCXEs与稻纵卷叶螟CXEs的相似性最高。5个MpulCXEs(MpulCXE1、MpulCXE2、MpulCXE13、MpulCXE14和MpulGR20)基因在触角的转录表达水平大约比在腹部的表达水平高2000-200000倍,这表明斑痣悬茧蜂的这些MpulGRs基因存在组织特异性。系统进化树表明,羧酸酯酶CXEs多两两聚为一类,在触角高水平表达的CXEs与麦茎蜂和稻纵卷叶螟的CXEs亲缘关系相近,预测其可能参与生物体的解毒过程。

(3)所得的15个谷胱甘肽-S-转移酶命名为MpulGST1-15,编码58-241个氨基酸,且均没有检测到信号肽(SP),与其他昆虫GSTs的相似性达33-92%,其中MpulGSTs与双翅目丽蝇蛹集金小蜂GSTs的相似性均达51%以上。5个MpulGSTs(MpulGST 2、MpulGST3、MpulGST7、MpulGST8和MpulGST9)基因在触角的转录表达水平大约比在腹部的表达水平高6-13000倍。从进化关系来看,在触角中高水平表达MpulGSTs基因与中红侧沟茧蜂GSTs的进化关系相近,预测其可能降解气味分子以保证斑痣悬茧蜂触角嗅觉系统的灵敏性。

本文通过对斑痣悬茧蜂触角中味觉受体、羧酸酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶的表达特征进行了初步研究,从根本上揭示斑痣悬茧蜂嗅觉行为的机制,同时也为农业害虫的抗药性基因的进一步研究和防治提供强有力的理论依据。

关键词:斑痣悬茧蜂;触角;味觉受体基因;羧酸酯酶;谷胱甘肽-S-转移酶;表达分析

Abstract:Meteorus pulchricornis is an important parasitoid wasp in Hymenopteran insects, which is a common natural enenmy for major agricultural and forestry pests such as Spodoptera exiqua, Helicoverpa armigera, Lymantria dispar and so forth, and has a very sensitive olfactory sensory system playing an important role in food selection, host search, mating, spawning and other behavioral response. When it detects the external environment odor molecules, the organism will undergo a series of reactions. Firstly, the smell molecules enter into the lymph, and combine with the corresponding receptors into complex forms. Then they will cause the signals to transform and conduct. Finally, the signals are terminated. This process requires the participation of odorant binding proteins (OBPs), sensory neuron membrane proteins (SNMPs), odorant degrading enzymes (ODEs) and olfactory receptors (ORs).