松材线虫性信息素受体基因挖掘及表达调控研究

Pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, is responsible for the devastating epidemic of pine wilt disease in Asia and Europe, especially in China. Frequent and efficient mating behavior plays important roles in the exponential population growth and epidemic of pine wilt disease, where sex pheromone is the most important factor. Gene discovery, expression and regulation of sex pheromone receptors will greatly contribute to the understanding of pheromone signalling in pinewood nematode. In the previous NSFC project, we have demonstrated the mating strategy, defined the components of sex pheromone, and confirmed their attracting effect in pinewood nematode. This project will determine sex pheromone receptors via high throughput next generation sequencing (NGS) and bioinformatics, and further shed light on the evolutionary relationships among sex pheromone receptors across all species. In addition, the spatio-temporal expression pattern will be defined by mRNA in situ hybridization and reporter gene of GFP in the trans-genetic nematodes. Further more, we will confirm their roles in mating process using RNAi and CRISPR/Cas9 knock-down techniques. This study will not only significantly contribute to the understanding of mechanism of signal transduction in pinewood nematode, but also provide the crucial evidences of pheromone communication between pinewood nematode, host pine trees and vector beetles, as well as, provide the theoretical principles to design specific agents against pine wilt disease at molecular level.

松材线虫病是世界性的检疫性病害，在我国严重发生。高效频繁的交配行为是松材线虫快速繁殖及病害发生的基础，而性信息素是松材线虫实现高效交配的重要保障。开展松材线虫性信息素受体基因的挖掘及表达调控研究，对于揭示松材线虫性信息素信号接收的分子机制具有十分重要的意义，也是亟待研究的科学问题之一。在前一个国家基金的资助下，本团队对松材线虫的交配行为和性信息素开展了深入研究，明确了交配行为模式，确定了性信息素的有效组分和诱集效果。本项目拟在上述研究的基础上，进一步采用生物信息学等方法，分析并确定松材线虫性信息素受体基因，明确其进化地位；揭示松材线虫性信息素受体基因的时空表达特性，并采用RNAi和转基因等技术验证其功能。本研究结果可以为进一步揭示松材线虫性信息素信号转导机制提供基础，为全面研究松材线虫与寄主松树和传媒昆虫的信号交流机制提供参考，也能够为设计特异性、针对性的松材线虫病防控措施提供新的思路。

松材线虫病是世界性的检疫性病害，在我国严重发生。高效频繁的交配行为是松材线虫快速繁殖及病害发生的基础，而性信息素是松材线虫实现高效交配的重要保障。开展松材线虫性信息素受体基因的挖掘及表达调控研究，对于揭示松材线虫性信息素信号接收的分子机制具有十分重要的意义，也是亟待研究的科学问题之一。在前一个国家基金的资助下，本团队对松材线虫的交配行为和性信息素开展了深入研究，明确了交配行为模式，确定了性信息素的有效组分和诱集效果。本项目在上述研究的基础上，采用第三代Pacbio Sequel方法对松材线虫进行重测序，获得152X 高覆盖率基因组，并确定基因组大小为76.5M。基因组进化分析表明松材线虫和拟松材线虫是亲缘关系最近的物种，在约38MYA开始分化。用PFAM (V32.0)，TMHMM 和CCTOP方法进行生信预测得到16亚类712个化学感应相关基因（Chemoreception related genes）。结合松材线虫转录组数据，筛选获得75个差异表达的GPCR基因。再结合拟松材线虫基因组和转录组数据，获得两物种共同拥有的25个差异表达的同源GPCR基因。应用原位杂交和RNAi干扰技术，分析了这些基因的时空表达和功能特性，进一步支撑其在繁殖发育和种间竞争中的重要作用。本研究结果可以为进一步揭示松材线虫性信息素信号转导机制提供基础，为全面研究松材线虫与寄主松树和传媒昆虫的信号交流机制提供参考，也能够为设计特异性、针对性的松材线虫病防控措施提供新的思路。