斜纹夜蛾雌性交配应答基因差异表达与繁殖行为相关新基因挖掘

New gene exploration is the key to a major breakthrough in the field of behavioral genetics. Mating can cause significant changes in the expression of mating-responsive genes (MGs) in female insects. However, the relationship between the expression regulation of these genes and the physiological and behavioral changes in females after mating is still to be clarified. Based on the previous study on MGs expression analysis and new gene discovery in brain tissue of Spodoptera litura female moths, the present project is further designed to study the expression and function of MGs in reproductive tract and whole body of S. litura female moths. The expression patterns of MGs will be analyzed by using analysis of transcriptome differences between mated and virgin females in different tissues at different times after mating. Through gene function annotation and analysis, the function and significance of these genes in the regulation process of reproductive physiology and behavior will be explained and discussed. Furthermore, twelve MGs that have the largest differences in expression (six up-regulated and six down-regulated) but cannot be functional annotated, will be selected for functional analysis by using RNAi technique. The possible function of these genes in female reproductive behavior (oviposition, calling, response to male courtship, etc.) and physiological (egg maturation, sperm storage, sex-pheromone synthesis, etc.) changes after mating will be clarified and discussed. And finally identify and clarify a number of (3-5) reproductive behavior and physiology related genes.

新基因探索是行为遗传学领域取得重大突破的关键。交配是雌性昆虫行为改变的转折点，交配也引起雌虫少量基因（称为交配应答基因，MGs）表达显著改变。阐明MGs与雌虫交配后行为改变的关系，有助于行为新基因及分子机理探索。本项目基于前期对斜纹夜蛾雌虫脑组织MGs表达分析和新基因发现，进一步选取与生殖更为密切的雌蛾生殖道以及更为全面的雌虫全身组织为研究对象，深入研究MGs在交配与否及交配后不同时间和组织条件下的表达模式，并通过基因功能预测和分析，阐释这些基因的差异表达在雌性交配后行为和生理调节过程中的作用和意义；进一步在上述表达差异分析基础上选取12个（上调下调各6个）表达差异最大而功能无法预测的MGs进行RNAi分析，重点研究这些基因在雌性交配后生殖行为（产卵、求偶、对雄性求爱的反应等）和生理（卵成熟、精子储存、性信息素合成等）变化方面的功能，最终发现并阐明一批（3-5个）繁殖行为和生理相关新基因。

首先通过交配与否雌虫头部和生殖道等组织在交配后不同时间点采样并进行转录组比较分析，阐明了交配应答基因（MGs）时空表达谱，并通过基因功能预测和分析，阐释了这些基因的差异表达在雌性交配后行为和生理调节过程中的作用和意义。.基于上述转录组分析，选取了3个已知功能的MGs（其已知功能与生殖行为不相关），即Vg、VgR及PTTH（促胸腺激素），通过基因表达、RNAi及生殖行为学等分析，鉴定了这些基因在斜纹夜蛾交配行为调控中可能承担的功能。Vg和VgR分别在雌成虫的脂肪体和卵巢特异表达。PTTH在成虫期也有较高表达，并在雌成虫头部和卵巢表达量最高，暗示其参与了生殖过程调节。干扰Vg和VgR的表达显著降低了雌虫的产卵量和卵孵化率，并显著抑制了雌虫的求偶和交配行为。干扰PTTH的表达显著降低了雌虫的交配率。本研究首次发现这3个基因可能与雌虫生殖行为调控有关，加深了对这些基因家族功能多样性的认识。.进一步在上述转录组分析基础上选取了12个表达差异较大而功能无法预测的MGs进行RNAi及功能分析。最终成功构建了其中9个基因的RNAi体系并进行了行为学和生物学测定，发现了其中的4个基因（5567、5624、7115和8241）与雌成虫交配行为有关。生物信息学分析表明这4个基因无论从同源性和功能上来看，均为目前认知较少的一类基因，有必要对其进行进一步阐明。基因时空表达分析表明，5567在1日龄雌成虫中表达量最高，5567和5624主要在生殖道中表达，7115在头部、生殖道和肠中都高表达，8241在胸部高表达。表明这4个新基因可能参与了斜纹夜蛾不同时期生命活动的调节，而在成虫期可能主要参与了生殖调控。干扰5567、5624和8241的表达均不同程度的影响了卵巢的发育。因此推测这些基因的表达对卵母细胞的发育有重要关系。干扰5567的表达显著下调了Vg和VgR的表达、并导致卵黄蛋白含量降低。表明5567可能通过影响雌成虫体内Vg和VgR的表达进而调节卵母细胞的发育和成熟，并间接影响雌成虫的性成熟和生殖行为。.本研究在生殖相关新基因鉴定和作用机制分析上所获得的进展为将来在该研究领域取得新突破奠定了基础，也为斜纹夜蛾的防治提供了新的分子信息和科学依据。.