烟夜蛾植物气味受体的鉴定及功能分析

Insect olfaction system can precisely detect the special odorant molecules in environment, by which insects recognize chemical informations for food finding, mate calling, host and oviposition-site selection. Previous studies have demonstrated that odorant receptors are key proteins for odor recognition in insect olfaction system，but the researches mainly focus on the pheromone receptors, and little is known regarding plant odorant receptors. In the present study, the odorant receptors of Helicoverpa assulta, an important agricultural insect pest, will be screened and further localized in corresponding antennal sensilla by using the immunohistochemical method. Then the functions of odorant receptors are identified by RNAi-mediated knock-down and overexpression. The responses of odorant receptors to general and specific odor components from host plants in the cytobiology and ethology levels are studied by using the heterologous expression system of Xenopus ooctyes and the voltage clamp. These studies will elucidate the corresponding selectivity of different odorant receptors to host plant odors, such as green leaf odor, aromatic and lipid compounds, etc., further reveal the choice behavior of H. assulta to host plants, which provide the foundation for understanding the olfactory recognition, host choice and co-evolution of insect and host plants as well as for ecological control strategies based on olfactory regulation of pest behaviors.

昆虫的嗅觉系统可以精确检测环境中特异性气味分子，并依此作为觅食、求偶、选择寄主和产卵场所的信息。已有的研究表明，气味受体是昆虫嗅觉系统辨识气味分子的关键蛋白，目前研究多局限于性信息素受体，而对植物源气味受体的研究还十分有限。为此，本项目以重要农业害虫烟夜蛾为材料，在气味受体基因筛选和触角感器定位表达鉴定的基础上，采用功能获得和失活两个策略对鉴定出的气味受体基因进行功能验证，利用电压钳和RNAi等技术分别在细胞和个体水平测定烟夜蛾不同气味受体对其寄主植物普通气味和特异性气味的细胞生物学和个体行为学反应，期望明确烟夜蛾不同气味受体与寄主植物绿叶气味、芳香气味、脂类化合物等气味物质的对应关系，从分子水平揭示烟夜蛾对寄主的选择行为，为阐明昆虫嗅觉识别与寄主选择、植食性昆虫与寄主协同进化关系等提供依据，为利用嗅觉调控害虫行为等生态防控措施的制定奠定基础。

昆虫的嗅觉系统可以精确检测环境中特异性气味分子，并依此作为觅食、求偶、选择产卵场所的信息。气味受体是昆虫嗅觉系统辨识气味分子的关键蛋白，目前研究多见于性信息素受体，而对植物源气味受体的研究还十分有限。我们前期研究发现，农业害虫烟夜蛾对不同寄主植物表现出明显的产卵偏好性，因此本项目选用“烟夜蛾与其适宜性寄主烟草”这一研究体系，通过烟草植株挥发性活性物质鉴定、烟夜蛾气味受体基因及气味受体功能的研究，期望探明烟夜蛾感知的烟草气味物质种类，明确寄主植物释放的产卵信号物质，解析烟夜蛾偏好选择烟草产卵的嗅觉机理。我们利用烟草植株、器官（叶片和花序）、烟草挥发物提取物等确证了烟夜蛾偏好选择烟草产卵是由烟草气味物质所诱导，并提取鉴定了两种烟草的4个品种旺长期和花期的挥发性物质种类；采用EAG技术鉴定了烟草挥发物的电生理活性，通过产卵选择试验筛选出了壬醛、庚醛、烟碱、γ-萜品油烯等对烟夜蛾具有产卵引诱活性的气味物质，采用SSR技术明确了烟夜蛾触角短锥形感器和长锥形感器能识别壬醛及庚醛；采用爪蟾卵母细胞双电极电压钳系统鉴定了烟夜蛾的8种气味受体对烟草气味物质的反应，明确了HassOR67能识别壬醛和庚醛，壬醛通过激活烟夜蛾雌蛾的外周神经元调节其产卵选择性；研究还发现，烟夜蛾识别不同气味物质调用了不同种类和数量的嗅觉相关基因，如识别壬醛、茄酮和γ-萜品油烯分别调用了38个、45个和43个嗅觉相关基因。以上研究从行为学、化学生态学、生理学和分子生物学等角度解释了烟夜蛾偏好选择烟草产卵的嗅觉机制，丰富了昆虫嗅觉识别有关理论。发表相关论文4篇，另有3篇论文待发表，申报发明专利2项。在项目实施过程中，我们还探索并改进了夜蛾类成虫行为测定方法，这些方法可为相关研究提供借鉴。