松褐天牛辐射不育的分子机理

利用cDNA-AFLP技术获取松褐天牛健康成虫和辐射诱变成虫参与转录水平表达差异的基因，结合对松褐天牛健康成虫和辐射诱变成虫的蛋白组学和代谢组学的研究结果，解析松褐天牛辐射不育的分子机理，筛选和分离出与松褐天牛不育相关的重要功能基因并进行克隆，为进一步研究这些基因的功能和利用这些基因控制松褐天牛奠定基础。

松褐天牛不仅是重要的林木蛀干害虫，同时也是松材线虫的最主要传播媒介，控制松褐天牛的种群数量可有效防控松材线虫病的蔓延和为害。研究表明，利用辐射不育技术防治松褐天牛是可行的。本研究采用转录组、代谢组和蛋白组等组学研究技术，探讨松褐天牛的辐射不育的分子机理。采用Solexa高通量测序的方法，对等量混合的正常天牛和辐射天牛RNA进行测序，共得到68,709个unigene，其中42,776个在NCBI非冗余核酸数据库中具有显著性匹配结果。结合数字基因表达谱分析，共鉴定出873个差异表达基因。GO功能注释表明，这些差异基因参与的细胞生物过程有胚胎发育、胚后生长发育、幼虫生长发育等，主要集中在核糖核蛋白复合体、核糖体、线粒体、细胞器外膜等细胞组分中。差异基因中，所占比例最大的是与胚胎发育相关的基因。这些基因在辐射样本中的表达量均显著下调。分析表明，其参与的代谢途径有核糖体及蛋白酶体相关代谢途径、氧化磷酸化、糖酵解及三羧酸循环。基于GC-TOF/MS，对正常天牛和辐射诱变天牛进行了代谢组学分析，共得到816个代谢物。结合SIMCA-P模型判别和单维变量统计分析，筛选出94个差异代谢物。通过和NIST质谱库比对，鉴定出58个差异代谢物。与正常天牛相比，辐射天牛中糖酵解途径的底物葡萄糖和半乳糖，三羧酸循环的中间产物苹果酸和琥珀酸，饱和脂肪酸，以及大部分氨基酸的含量显著增加。采用SDS-PAGE技术分离了正常天牛和辐射天牛之间的差异蛋白，结合MALDI-TOF/MS肽纹质谱鉴定，得到8个具有显著差异的蛋白。研究结果表明，辐射造成天牛雄虫精子细胞DNA的突变，突变的基因调控核糖体、糖酵解及三羧酸循环等代谢途径，以及胚胎发育、胚后生长发育、幼虫生长发育等生物过程。辐射诱变雄虫与正常雌虫交配，受精卵携带上述异常基因，严重干扰了蛋白质的合成和能量的产生，从而抑制了受精卵的孵化，达到不育的目的。该研究结果为进一步研究这些基因的功能和利用这些基因控制松褐天牛奠定了基础。