榕小蜂的节律调控机制研究：基于视蛋白与节律调控基因的24小时表达格局的比较分析

生物节律调控对昆虫一生的很多生命活动的有序完成至关重要。clock、cycle、period、timeless及cryptochrome等几个关键基因参与昆虫的节律调控，但其调控机制在不同昆虫里呈多样化。榕小蜂长期生活于榕果里，发生了很多生物学特征的特化。其生活史特征显示，大部分榕小蜂的雌蜂一生既有生活在完全黑暗的榕果里的过程，也有生活在正常光照下的时间；同一种小蜂，在同一时间里，既有处于果外生活在正常光照下的雌蜂，又有生活在黑暗榕果里的雄蜂。本项目拟克隆榕小蜂里控制昆虫节律的关键基因，并用定量PCR的方法分析这些基因在正常光照条件下与黑暗条件下的雌雄蜂里的24小时表达格局，比较研究具有相同遗传学背景的个体于不同生活环境里的节律调控回路。我们还将分析视蛋白基因的24小时表达格局并与节律调控基因的结果进行比较，从而探讨光和温度等重要环境因素如何影响并参与处于特殊生活环境下的生物节律调控回路。

生物节律调控对昆虫的正常生命活动至关重要，但其调控机制在不同昆虫里呈多样性。传粉榕小蜂（膜翅目：小蜂总科）由于长期生活于榕果环境，很多生物学特征已经发生适应性进化。从生活史角度来看，雌蜂一生既有生活在完全黑暗的榕果里的过程，也有生活在正常光照下的时间，而雄蜂几乎不出果；同一种小蜂，在同一时间里，既有处于果外生活在正常光照下的雌蜂，又有生活在黑暗榕果里的雄蜂。本项目将选取生活在对叶榕上的一种传粉榕小蜂为实验材料，研究控制昆虫节律调控的关键基因的进化与表达，探讨生活在榕果特殊环境里的昆虫其节律调控机制的特殊性。我们在该物种里一共克隆了10个昆虫节律调控的关键基因的同源基因，并分别对它们进行了系统发育和分子进化分析。膜翅目昆虫缺失timeless和cry1基因，但却分别拥有2个timeout基因和1个cry2基因。膜翅目昆虫里的timeout和cry2基因都具有正选择位点，且在榕小蜂里的表达格局表现出与该物种特殊的生活史相关，可能是榕小蜂对环境改变的适应。另一个关键的节律调控基因period在榕小蜂物种里不仅表现节律性表达，在雌雄两性中的表达量差别极大，而且其表达格局与雌雄虫羽化数量的变化趋势高度相关，暗示该基因影响榕小蜂的羽化速率。结合视蛋白基因的表达数据，我们发现视蛋白和关键节律基因的表达量均受时间和光照的影响，也说明光照是影响节律调控的一个关键因素。本项目的研究结果不仅发现了膜翅目特有的节律基因格局，还以基因家族timeout / timeless为例，验证了旁系同源基因功能替代补偿这一假设。我们还首次试图将基因的进化表达分析结果与榕小蜂的某种特定的生物学现象建立联系，如节律基因period很可能是传粉榕小蜂雄性先熟最接近的内在分子基础。