昆虫消化系统的基因差异与其寄主适应机制研究

In order to understand the inherent mechanism of insect host range difference, the sibling insect species of cotton bollworm (Helicoverpa armigera) and oriental tobacco budworm (H. assulta) were selected for this study. Using comparative gene expression profile, 1137 and 1138 transcripts of digestive and detoxification enzymes have got from H. armigera and H. assulta, respectively. The further analysis found that only a few transcripts showed significant difference between the two insects. Whether it is because the difference of these transcript in expression level, which determine the difference of host range between the two insect species? This project will be based on these preliminary results, combing the transcriptomics，Physiology and ecology, analyzed 3 - 5 key genes related to digestive and detoxification enzymes in the two insects. Trying to illustrate the adaptation mechanism of insect to different host plants and host selection mechanism, and explain the host difference inherent mechanism during the evolution and provide theoretical foundation for developing plant resistance to insects and novel pest control targets.

为了弄清植食性昆虫食性差异的内在机理，我们以棉铃虫和烟青虫两个姐妹物种为研究对象，通过比较表达谱分析，分别从中获得了1137和1138个与消化解毒相关酶系的转录本。进一步分析发现，其中仅有少数转录本在两个物种中表现出显著差异，比如，棉铃虫中仅检测到80个特异存在的转录本，烟青虫中检测到92个特异存在的转录本。那么，是否正是由于这些转录本在表达水平的差异，决定了两个物种寄主范围的差异？本项目将基于上述前期结果，将转录组学和生理生态学相结合，通过对昆虫体内3-5个消化解毒关键基因的解析，阐述昆虫对不同寄主的适应机制及昆虫的取食机制，进而解释昆虫在进化过程中食性差异的内在机制，为开发植物抗虫和害虫防治新靶点提供理论基础。

昆虫对食物的选择是多种多样的，而影响昆虫取食的因素也是非常多的，因此，本项目的主要目的是利用发掘昆虫体内的关键基因，解释昆虫在进化过程中的取食差异的内在机制。三年来研究共取得下述重要进展。.1..我们获得了7个糜蛋白酶全长ORF序列，这些糜蛋白酶被抑制之后会对昆虫的生长发育造成严重影响，同时，糜蛋白酶基因被RNAi之后，可以增加BT的作用效果。.2..以家蚕为研究对象，利用蛋白质组学获得了77个雌虫特异表达和143个雄虫特意表达的蛋白，这其中，我们发现GOBP1仅在雌性中表达，酯酶和乙醛脱氢酶仅存在于雄虫中，而谷胱甘肽转移酶中有3个在雌虫中特异存在，有5个在雌雄虫中均存在，这些特异表达蛋白的存在，可能是昆虫在搜索寄主的一些关键因子。.3.. 我们根据以往的结果，筛选了两种昆虫的共同寄主烟草和玉米，棉铃虫优势寄主番茄，棉花和烟青虫优势寄主辣椒作为研究对象进行研究，分别饲喂两种昆虫，获得了两种昆虫的生存率。随后，我们还对棉铃虫的18个消化解毒酶相关的基因进行了RNAi的测试，结果获得了4个致死效率在80%以上的基因。.4..利用比较转录组学，我们获得了5个参与RNAi pathway的基因，其中的up56基因是一个核酸酶基因，其在鳞翅目昆虫中独有，参与了dsRNA 的降解和切割，这为解释鳞翅目昆虫RNAi效率低下提供了新的方向。