二化螟和芦苞螟食性分化的嗅觉机制

Feeding differentiation is an evolutionary adaptation for high efficiency in use of food resources, and a main means of sympatric speciation. In moths, food preference is highly determined by the ovipositional preference of female adults, and the later mainly by olfaction. Therefore, it is important to explore the olfactory mechanisms of feeding differentiation among sibling species, for better understanding of sympatric speciation, olfactory evolution and behavioral strategy for pest control. Our project aims to explore the olfactory mechanisms underlying the feeding differentiation between two sibling species of Chilo supperssalis and C. luteellus at two aspects: 1) Identification the two host plant odors and measurement of theie activity of atractiveness for two moths by using EAG, olfactometer and cage bioassay methods. 2) Determination of the olfactory genes associated with the feeding differentiation by in vitro and in vivo method.Based on above studies, the olfactory mechanisms of ovipositional differentiation in host plants between the two moth species could be elucidated, and some behaviorally active plant odors could be determined for potential use in the pest control.

食性分化表现为食物的选择性，是昆虫高效利用食物资源的进化适应，也是同域新种形成的重要途径。在全变态昆虫中，食物的选择性主要取决于雌成虫向不同寄主产卵的选择性，其中嗅觉起主导作用，夜行性蛾类尤其如此。研究近缘种食性分化的嗅觉机制，对于探讨新种形成、嗅觉演化及害虫行为控制均具重要意义。本项目拟以寄主植物明显不同的二化螟和芦苞螟一对姐妹种为系统，针对雌成虫的嗅觉适应，在前期已有工作的基础上，首先通过化学分析、行为测定等技术，对两种螟虫的各自寄主植物水稻和芦苇的活性气味组分进行分离和鉴定，明确导致两个姐妹种选择不同寄主植物产卵的关键趋、避气味组分；然后利用基因克隆、体外表达及功能研究等技术，明确昆虫感受上述关键植物气味组分的嗅觉基因，并比较它们在序列和表达等方面在两种螟虫间的差异，探讨两个姐妹种趋向不同寄主植物产卵的分子机制。研究成果可望为相关理论及在害虫控制方面的应用提供重要依据和指导。

通过顶空搜集及GC-MS技术，鉴定水稻和芦苇植株的挥发性气味各30和14种、差异组分各15种和6种，水稻气味种类明显较为丰富；进一步通过生测技术，筛选出对二化螟和芦苞螟具有活性的气味组分各10种和17种；通过转录组测序及PCR验证，鉴定了二化螟OBP新基因16个、芦苞螟嗅觉基因110个（包括34个OBP、17个CSP和41个OR）；通过RT-PCR和qPCR测定，筛选出2种螟虫触角中高表达及雌虫触角明显较雄虫高表达的OBP、CSP及OR基因；进一步利用功能研究技术，对重点候选OBP、CSP及OR基因的气味结合谱（敏感谱）进行了测定，发现1）二化螟GOBP的气味结合谱宽于芦苞螟，与2种螟虫的寄主植物谱和2种植物的挥发性气味谱差异相一致；2）2种螟虫选择不同的寄主植物并不取决于单一基因或气味物质，而是受到多个嗅觉基因及多种气味物质的综合影响。此外，1）针对OBP和OR间的互作，研究明确了二化螟信息素结合蛋白对信息素受体敏感性的增强作用；2）为进行比较研究，对与二化螟具有相似寄主植物谱和生态位的大螟，鉴定了其嗅觉基因并探讨了部分基因的功能。研究结果为进一步明确2种螟虫及其他近缘种昆虫间寄主植物分化的分子机制、及相关理论在害虫控制方面的应用提供了重要依据和指导。