豆野螟嗅觉识别的分子机理研究

Utilization of sex pheromones for pest control is based on olfactory chemoreception of insects, which is very important for pest control strategy. Maruca vitrata is one of important soybean borer in the world. It is very difficult to reduce economic losses causing by M. vitrata for a long time in legume production. However, olfaction molecular mechanism of M. vitrata is unclear, which application of sex pheromones was restricted in integrated control of Maruca vitrata. This project aims to identify the effective components of plant volatiles from flower buds/flowers of host plant V. unguiculata using GC-EAD and GC-MS technology. And olfactory behavioral responses of host plant volatiles were tested by EAG response and wind tunnel experiment. Besides, based on transcriptome sequence analysis of antenna from M. vitrata, olfactory genes (MvitPBPs、MvitGOBPs、MvitCSPs and MvitPRs) were cloned from M. vitrata. Fluorescence competition binding experiments and Xenopus oocyte two electrode voltage clamp technique will be used to study functional differentiation of pheromone and olfactory genes in olfactory physiological behavior of M. vitrata, such as host recognition, mating and oviposition. These results are helpful to reveal the molecular mechanism of M. vitrata olfactory recognition. And these researches might provide some useful information for exploitation of novel attractant, repellent and behavior disturbance agents for biological control strategies of M. vitrata.

利用信息素干扰靶标昆虫的嗅觉识别进行虫害控制是害虫生物防控的重要措施。豆野螟是世界范围内豆类作物上的一种重要钻蛀性害虫，如何减轻其危害是豆类作物生产中长期存在的难题；然而，其信息素识别的嗅觉分子机理尚不明确，限制了信息素干扰技术在豆野螟综合防治中的应用。本项目拟结合GC-EAD和GC-MS技术筛选鉴定豆野螟寄主植物豇豆花、叶挥发性信息素的有效组分，并采用触角电位反应和风洞试验确证其嗅觉行为反应；基于触角转录组测序分析，克隆表达豆野螟嗅觉相关基因MvitPBPs、MvitGOBPs、MvitCSPs和MvitPRs，并通过荧光竞争结合试验和爪蟾卵母细胞双电极电压钳等实验技术分析探讨信息素和嗅觉相关基因在寄主识别、雌雄交配及产卵定位等嗅觉生理行为上的功能分化。研究结果不仅可以揭示豆野螟嗅觉识别的分子机理，而且能为研发豆野螟新型高效引诱剂、驱避剂和行为干扰剂等生物防控策略提供基础性资料。

利用信息素干扰靶标昆虫的嗅觉识别进行虫害控制是害虫生物防控的重要措施。豆野螟是世界范围内豆类作物上的一种重要钻蛀性害虫，如何减轻其危害是豆类作物生产中长期存在的难题。其信息素识别的嗅觉分子机理尚不明确，限制了信息素干扰技术在豆野螟综合防治中的应用。项目组利用GC，GC-EAD和GC-MS等生化分析技术筛选鉴定出了17种寄主植物挥发物有效活性组分；基于豆野螟触角转录组测序分析，项目组克隆获得了豆野螟普通气味结合蛋白MvitGOBP1-2，性信息素结合蛋白MvitPBP1-3，化学感受蛋白MvitCSP1-2和气味受体蛋白MvitORs等多种嗅觉目的基因全长，并对其蛋白序列进行了序列比对和进化分析；采用荧光定量PCR技术分析检测了MvitGOBPs，MvitPBPs，MvitCSPs和MvitORs基因在豆野螟成虫不同组织的表达和分布情况；利用原核表达技术，构建目的基因重组质粒转化导入大肠杆菌BL21表达菌株中，体外诱导表达重组蛋白，Ni亲和层析纯化MvitGOBP1-2，MvitPBP1-3和MvitCSP等嗅觉目的蛋白；采用荧光竞争结合实验分析性信息素和寄主植物挥发物与上述嗅觉蛋白的结合特性；结合特性分析结果表明，MvitPBPs与豆野螟4种性信息都能发生结合，MvitPBP1与MvitPBP3对E10E12-16: Ald的结合力最强，而MvitPBP2偏好E10-16: Ald，说明这两种成分可能是豆野螟性信息素的主要组分，MvitPBPs对烯醛类化合物有较高的偏好性；MvitGOBP1-2对17种寄主挥发物分别具有不同的结合能力；利用SWISS-MODEL网站(http://swissmodel.expasy.org/)和PyMOL软件对豆野螟嗅觉基因进行了3D建模和分子对接，进一步解析了其关键结合位点；基于结合特性结果，选取了六种结合能力较强的化合物来进行田间诱捕实验，相对于空白对照组，6种寄主挥发物均能够有效吸引雌蛾，产生类似产卵聚集效应，其中柠檬烯的诱捕效果最为显著。综上所述，通过对MvitGOBP1-2、MvitPBP1-3、MvitCSP和MvitOR蛋白的鉴定及功能分析，进一步阐明了豆野螟识别寄主植物的嗅觉分子机制，为探究如何干扰豆野螟嗅觉行为从而达到生物防治目的提供了新的途径与方法。