性信息素受体在茶尺蠖和灰茶尺蠖求偶通讯种间隔离中的作用机制

Two Ectropis sibling species, E. oliqua and E. grisescens, which occured in same area are main pest in the tea garden. Our previous study found that the sex pheromone of these two sibling species belong to Type-II with different components. And isolation is existed between E. oliqua and E. grisescens in mating communication. Pheromone receptor (PR) plays a very important role in sex pheromone perception. The functional studies of PR are rare in Type-II moth. In order to understand the function of PR in recognizing the difference of sex pheromone components between E. oliqua and E. grisescens, wind tunnel, fluorescence in situ hybridization, single sensor recording, and two-electrode voltage clamp were used in this project. The research contents are as follows: (1) the behavior response these two Ectropis sibling species to different ratios of sex pheromone components, (2) the electrophysiological response of different olfactory sensilla to sex pheromone components and distribution of PRs in these sensilla, (3) responses of PRs to different sex pheromone components. The research results might not only contribute to illuminate the recognition ability of these two Ectropis species PRs to sex pheromone components, but also reveal function of PR in reproductive isolation between E. oliqua and E. grisescens. Meanwhile, the results provide theoretical basis for applications of sex pheromone in these two Ectropis sibling species.

我国茶园主要害虫茶尺蠖和灰茶尺蠖为同域分布的近缘种。前期研究发现，两者性信息素相似，同属Type-II类型，茶尺蠖比灰茶尺蠖多一个组分，两者在求偶通讯上存在着种间隔离现象。性信息素受体（PR）在性信息素感受过程中起决定作用，但Type-II相关研究罕见。因此，本项目围绕“PR在两茶尺蠖近缘种求偶通讯种间隔离中的作用机制”这一科学问题，以两种尺蠖的PR为研究对象，从行为反应、体内功能和体外功能三个方面，采用风洞、荧光原位杂交、单感器记录和双电极电压钳等技术，重点研究并明确：（1）性信息素差异组分对两种尺蠖求偶行为的影响；（2）不同性信息素组分所激活的嗅觉感器及PR在相应感器中的分布情况；（3）两尺蠖不同PR对性信息素组分的反应强度和反应谱。研究成果将阐明茶尺蠖和灰茶尺蠖PR对不同性信息素组分的识别能力，揭示PR在两近缘种求偶通讯种间隔离中的作用，为两种尺蠖性信息素的应用提供理论依据。

茶尺蠖和灰茶尺蠖是我国茶园重要的同域近缘种，两者性信息素属于Type-II，灰茶尺蠖的性信息素为顺3,顺6,顺9-十八碳三烯（Z3,Z6,Z9-18:H）和顺3,顺9-6,7-环氧十八碳二烯（Z3,epo6,Z9-18:H），茶尺蠖在此基础上增加了一个组分顺3,顺9-6,7-环氧十九碳二烯（Z3,epo6,Z9-19:H），两近缘种通过性信息素组成的差异来实现种间求偶通讯隔离。而性信息素受体（PR）在昆虫感受性信息素的过程中起关键作用。因此，本项目对两尺蠖近缘种的触角形态、毛形感器功能、PR基因的功能进行了比较研究。电镜扫描和单感器记录结果显示，两尺蠖雄蛾触角长度无显著差异，其毛形感器具有相似的功能，且均可分为三类：ST1特异的识别Z3,epo6,Z9-18:H，ST2可以识别Z3,Z6,Z9-18:H和Z3,epo6,Z9-18:H，ST3可以识别Z3,epo6,Z9-18:H和Z3,epo6,Z9-19:H。剂量反应研究结果显示主要性信息素组分Z3,epo6,Z9-18:H在求偶过程中起到“on-off”的作用，而其余的次要组分起到行为活性“调节器”的作用。触角转录组比较结果显示，OR24，OR28，OR31，OR37和OR44为两尺蠖近缘种的候选性信息素受体基因，其在两尺蠖近缘种之间的一致性高于90%，其中OR37在两尺蠖之间的一致性高达99.29%，PR基因序列上的高度一致预示着其在性信息素识别功能上的相似性。进一步的功能研究显示，灰茶尺蠖可以通过OR37和OR44识别茶尺蠖特有组分Z3,epo6,Z9-19:H。另外，茶尺蠖OR28对Z3,Z6,Z9-18:H的电生理反应强于灰茶尺蠖，且其在触角中的丰度亦显著高于灰茶尺蠖，因此茶尺蠖可能对Z3,Z6,Z9-18:H更为灵敏。综合上研究结果可以推测，两尺蠖通过性信息素受体识别彼此的性信息素来实现种间识别。研究结果为两种尺蠖性信息素的应用提供理论依据。