基于气味结合蛋白的前裂长管茧蜂嗅觉识别机理研究

The olfactory proteins are important for insects to communicate information with the outside environment. The specific of chemical odor molecules in the environment can be distinguished by antennae-related olfactory proteins which effect on feeding, mating, locating host plants, sheltering, selecting oviposition sites of insects. Diachasmimorpha longicaudata (Ashmead) is an important parasitoid of oriental fruit fly, Bactrocera doraslis (Hendel), which is a good candidate for the biological control of fruit fly. In the olfactory mechanism of D. longicaudata as a starting point, combining the biochemistry with the molecular biology, we conducted a method for de novo assembly of D. longicaudata transcriptome using short read sequencing technology (Illumina). And we also screened differentially expressed genes using tag-based digital gene expression system (DGE) from different volatile strains. Based on the analysis and identification of OBP differentially expressed genes, the temporal and spatial distribution of related genes expression was confirmed, and the functions of target genes were revealed by RNAi techniques. Research on host-location through the chemical information of habitat, fruit and insect pest and the parasitism mechanism of D. longicaudata have both theoretical and practical significance for the elucidation of chemical communication among insect pest, host plant and natural enemy, and possible exploit the control action of this parasitic wasp.

昆虫触角中的气味结合蛋白在昆虫种内及与外界的信息交流中具有重要作用，它通过识别环境中特异性气味分子来调控昆虫觅食、寻偶、定位寄主、庇护和产卵等行为。前裂长管茧蜂是我国南方重大果蔬害虫桔小实蝇的优势寄生蜂，利用该蜂防治实蝇具有广阔前景。围绕着前裂长管茧蜂的嗅觉识别机制，本项目拟采用行为学、生物化学与分子生物学相结合的方法，阐明该蜂对挥发性化学物质的选择行为及有效信息物质，在明确触角转录组基础上获得不同信息化合物作用下的触角基因表达谱，鉴定气味结合蛋白及其差异表达基因，确定其时空分布表达规律，并应用RNAi技术对目标基因功能进行验证，揭示在前裂长管茧蜂嗅觉识别中关键OBP基因的作用和功能。阐明该蜂通过栖境、果实和寄主的化学信息来定位寄主和寄生寄主的机制等科学问题，对揭示昆虫、植物和天敌之间的化学信息联系，充分发挥该蜂的控制作用有着重要的理论和实践意义。

桔小实蝇是多种水果的主要害虫，给水果产业造成是了严重损失，前裂长管茧蜂是目前控制桔小实蝇最成功的寄生蜂之一，许多国家引进并利用该蜂。为了更好的利用该蜂，本项目基于昆虫的趋化性，初步研究了基于气味结合蛋白的嗅觉识别机。主要包括以下几个方面的研究：信息化合物对前裂长管茧蜂选择行为的影响、前裂长管茧蜂功能基因组的分析、不同品系前裂长管茧蜂转录组的测序分析、筛选前裂长管茧蜂OBP基因、前裂长管茧蜂嗅觉相关基因的时空表达模式、验证筛选出的前裂长管茧蜂嗅觉相关基因功能。得到以下结论：虫伤果实对前裂长管茧蜂有显著的引诱作用，虫伤4天的果实对前裂长管茧蜂选择行为影响最大；不同抗性寄主对前裂长管茧蜂选择行为寄生长发育特性没有显著影响；前裂长管茧蜂转录组测序经比对获得54,271条高注释可信度的Unigene。三种前裂长管茧蜂品系（芒果、杨桃和番石榴）的转录组测序共组装了162621个Unigene，共有74260基因被比中已知昆虫基因，大多数基因与Diachasma alloeum（45569，61.36%）高度同源。成功构建了前5个OBP与NCBI获得的其他已知28个OBP序列的系统发育树。前裂长管茧蜂OBPs和CSPs与其膜翅目茧蜂科昆虫具有高度的相似性（48.7%-96.5%）。基于测序基因信息，共发现了高达955个前裂长管茧蜂相关的嗅觉基因，其中包括气味结合蛋白（OBP）43个、化学感受蛋白（CSP）69个，气味受体（OR）689个，离子型受体（IR）26个，糖皮质激素受体（GR）60个，感觉神经元膜蛋白（SNMP）14个，以及其他基因序列54个。筛选鉴定了3个嗅觉识别基因，分别为命名为：DilwOBP1、DilwOBP2和DilwOBP3。通过qc-pcr技术，明确了3个基因在昆虫各个部位均有表达，均部相对表达量均最高，其次是触角，其余部位表达有所不同。Western Blotting检测了基因DilwOBP2和DilwOBP3在前裂长管茧蜂各组织的表达，DilwOBP3在头部表达量最高，其次是触角，其余表达部位均有；DilwOBP2在头部和触角表达量较高，其余部位不明显。这与qc-pcr结论基本相一致。该研究可为解析前裂长管茧蜂嗅觉行为机制及开发新的防治方法提供理论依据。