松毛虫属两个近缘种性信息素分子识别机制研究

Identifications of the sex pheromone compounds shed light on controlling of Dendrolimus spp, which are serious forest pests in china. However, the sex pheromone discrimination mechanisms of these pests are unknown. Our previous researches show that two sibling species, D. houi and D. kikuchii, are sympatric and their sex pheromone compounds are cis-trans-isomers. Thus, these two insects become good models for researches about sex pheromone discrimination mechanisms. Pheromone-binding proteins (PBPs) assist in the transport of hydrophobic pheromones through the aqueous milieu separating the external environment from the odorant receptors in insect antennae. Recent experimental evidence supports the hypothesis that PBPs are essential for the rapid uptake of pheromones from the external environment and delivery to the odorant receptors. This is the first and key step of sex pheromone discrimination in insect. In this program, the research will be conducted with the role of PBPs. Firstly, we will clone and express the PBPs from D.houi and D.kikuchii and test their intraspecific binding characterizations to different pheromone compounds separately. Then, we attmpt to test the interspecific binding characterizations of PBPs to pheromone compounds from the other species. Furthermore, competing binding assay will be used to explore the binding preference of PBPs possessing two or more sex pheromone ligands. These works will help us to explore the binding specifications of PBPs to different sex pheromone compounds and isomers and, furthermore, to clarify the sex pheromone recognition mechanisms in these two species. Our research about molecular mechanisms of sex pheromone discrimination in D. houi and D. kikuchii will not only provide new insight into the function of PBPs on sex pheromone discriminations, but also help us to develop new methods using the chemo-information to manage pine caterpillar moths.

松毛虫是我国重大森林害虫，其性信息素的鉴定为松毛虫防治带来了新的契机，然而松毛虫的性信息素识别机制还缺乏相关研究。我们以前的研究表明，云南松毛虫(D. houi)和思茅松毛虫(D. kikuchii)这两个近缘种不仅分布区重叠，而且其性信息素分子呈顺反异构体，因此这两种昆虫成为性信息素分子识别机制研究的良好试材。昆虫触角淋巴液中的信息素结合蛋白（PBPs）能够识别并帮助疏水的信息素分子跨越淋巴液，从而激活信息素受体，是昆虫信息素识别的第一步。本项目拟以PBPs功能研究为切入点，首先对两种松毛虫PBPs进行克隆和表达，进而研究PBPs与种内和种间信息素组份的结合特性、以及多种信息素组份与PBPs的竞争结合效率，在此基础上探讨PBPs对不同信息素组份以及顺反异构体的识别精度，阐明两种松毛虫的种内信息素识别和种间信息素辨别机制，为设计利用化学信息素对松毛虫进行迷向、引诱和可持续控制提供新的依据。

松毛虫是我国重大森林害虫，云南松毛虫(Dendrolimus houi)和思茅松毛虫(D. kikuchii)两个近缘种不仅分布区重叠，而且其性信息素分子呈顺反异构体。信息素结合蛋白（PBPs）能够运输和初步识别信息素，在昆虫信息素识别过程中起到了不可或缺的作用。本项目主要阐释了PBPs 在云南松毛虫和思茅松毛虫种内和种间信息素识别和生殖隔离中的作用。取得的主要结果如下：.第一，我们利用转录组测序技术，较为全面地鉴定了与云南松毛虫和思茅松毛虫气味识别相关的基因，利用这些基因对松毛虫和其他代表性鳞翅目昆虫进行了进化分析；OBP结构域分析发现典型OBPs可以分为三个类型，为后续功能研究提供了基础。.第二，分析了云南松毛虫和思茅松毛虫PBPs与信息素组分的结合特征，发现两种松毛虫利用不同的策略进行信息素识别：云南松毛虫一个PBP主要结合种内信息素，一个PBP主要结合种间信息素；思茅松毛虫两个PBPs对种内和种间信息素组分都能够结合，但是其对种内信息素各个组分为反比例识别（信息素组分比例越低，它与PBP的结合效率越高），而对种间信息素组分为正比例识别；并发现PBPs在同分异构体识别方面具有基因特异性。.第三，经过严格控制制样条件和最大限度放大观察倍数，利用扫描电镜对松毛虫触角进行了详细观察，发现毛形感器呈现明显的性二型性；通过反复地切片及透射电镜观察，清楚地观察到神经树突维管束的分支。.第四，补充研究了云南松毛虫和思茅松毛虫的另外一种近缘种油松毛虫PBPs的配体结合特性，发现该物种也利用反比例的方法识别信息素组分，这与上述研究中思茅松毛虫对种内信息素反比例识别的情况类似，说明反比例识别可能是昆虫进行多组分信息素识别的一种重要方式。.最后，我们利用松毛虫气味结合蛋白基因进行了我国代表性松毛虫物种（马尾松毛虫，油松毛虫、落叶松毛虫、云南松毛虫和思茅松毛虫）的系统发生研究，并发现这几种松毛虫气味结合蛋白基因进化关系和它们的信息素成分之间的关系存在较好的吻合。.PBPs功能是近年来化学生态学研究的热点，但研究方向主要集中在模式昆虫和农业重要害虫PBPs对种内信息素的识别。PBPs如何对两种分布区重叠的近缘种昆虫同时进行种内和种间信息素精确识别则是本研究的主要突破点，具有显著的理论意义；同时，两种松毛虫信息素识别机制的揭示，是提高信息素引诱效率，更加高效防治害虫的基础。