基于Cry/MagR/内源磁颗粒协同作用的昆虫磁感受机制研究

This project uses migratory insects of rice planthoppers to build up Cry/MagR gene silencing insect model by using RNAi techniques. Based on the self-made devices developed for the study of light-dependent magnetic sensing behavior, the project focuses on the studies regarding the light-dependent magnetoreception behavior, the expression variations in magnetic responses of Cry/MagR, the physical and biochemistry of endogenous magnetic particle membranes and membrane-associated proteins, and the coordination mechanisms between Cry/MagR/magnetic particles. The key purpose is to characterize properties of light-dependent magnetoreception behavior in insects, to elucidate the key role of Cry/MagR involved and to clarify the coordination mechanisms between Cry/MagR/magnetic particles. It has significance in understanding the origin, development and evolution as well as the geomagnetic field orientation/navigation mechanisms involved in long-distance migration of insects. The study on magnetoreception/orientation mechanisms in major agricultural migratory pests may also help determine migratory paths and landing areas, and provide the basis for remote forecasting of migratory pests. Meanwhile, the project will play a positive role in promoting the research levels in magnetoreception.

本项目以迁飞性昆虫稻飞虱为对象，利用研制的昆虫光依赖磁感受行为研究装置，通过RNAi技术构建隐花色素（Cry）/铁硫簇蛋白（MagR）基因沉默的稻飞虱模型，重点开展（1）昆虫光依赖的磁感受行为（2）隐花色素/铁硫簇蛋白的磁响应表达变化机制（3）内源磁颗粒膜理化性质和膜相关蛋白的组成分析（4）隐花色素/铁硫簇蛋白/内源磁颗粒的协同作用机制研究。重点目标在于阐明昆虫光依赖的磁感受行为特性和Cry/MagR在其中的重要作用，以及解析Cry/MagR/内源磁颗粒相互之间的协同作用机制。研究成果对于认识昆虫磁感受行为的发生、发展、演化，以及解析昆虫利用地磁场参与远距离迁飞的定向/导航机理等均有重要意义。重大农业迁飞性害虫的磁感受/定向机制研究在生产和实践上亦有助于判断害虫迁飞路径及降落区域，为迁飞害虫的异地预测提供依据。同时，该项目对于推动整个生物磁感受研究的发展亦起到积极的促进作用。

本项目以迁飞性昆虫稻飞虱为对象，利用研制的昆虫光依赖磁感受行为研究装置，通过RNAi技术构建隐花色素（Cry）/铁硫簇蛋白（MagR）基因沉默的稻飞虱模型，重点开展昆虫光依赖的磁感受行为、隐花色素/铁硫簇蛋白的磁响应表达变化机制以及隐花色素/铁硫簇蛋白/内源磁颗粒的协同作用机制研究。重点目标在于阐明昆虫光依赖的磁感受行为特性和Cry/MagR在其中的重要作用，Cry/MagR 的磁响应表达变化和协同机制，以及“Cry-MagR-内源磁颗粒”三者之间的协同效应。重要结果：迁飞性昆虫褐飞虱可利用磁倾角罗盘进行觅食，其罗盘机制可能涉及IscA1（MagR）的参与；Frataxin可能在基于Cry/MagR/内源磁颗粒协同作用的昆虫磁感受机制中发挥关键作用，即Frataxin能直接介导协同光依赖磁感受机制中的光磁耦合；发现只有Cry1和IscA1存在相互作用，间接地支持了只有光敏感型Cry在动物基于磁倾角的光依赖磁感受过程中发挥作用的观点。研究结果有助于认识昆虫磁感受行为的发生、发展和演化，解析昆虫利用地磁场参与远距离迁飞的定向/导航机理，拓展重大农业害虫迁飞为害的分子调控研究新思路，并有望服务于迁飞害虫的预测预报及其防控。