桔小实蝇飞行信号通路重要基因的表达与功能研究

The Oriental fruit fly, Bactrocera dorsalis Hendel (Diptera: Tephritidae) is one of the most serious quarantinable fruit and vegetable pest insects in the world, known as “a fruit killer” with stronger flight capacity; but the signal transduction molecular regulatory mechanisms of its flight behavior remain to be clarified. In the present project, therefore, we aimed to: (1) clone Salm, Flightin, TnC4 or other genes in B. dorsalis, which play important roles in the regulation of flight behavior of insects; (2) clarify the functions of these genes on female and male flight behavior regulations, by using molecular biology, physiological and behavioral analysis. (3) reveal the regulatory mechanism of these genes on male and female flight behavior, respectively, by studying of the expression and distribution of these genes in different developmental stages and in different tissues of different day age adults, signal transduction and gene expression in its flight system. This study not only will conducive to understand the molecular mechanism of B. dorsalis flight behavior and the differential evolution of gene function between its sexes, but also will provide ideas and target genes for B. dorsalis control.

桔小实蝇是全球最具危害性的检疫性果蔬害虫，善飞行，被称为“水果杀手”，但迄今对其飞行行为发生的分子机制仍缺乏了解。Salm、Flightin、TnC4等在昆虫飞行行为调控中具有重要地位，本研究拟采用RT-PCR结合RACE技术，从桔小实蝇体内克隆Salm、Flightin、TnC4等基因；并利用RNAi以及生理和行为学等手段，阐明它们在其飞行行为调控中的功能（比较缺陷型与非缺陷型飞行能力和生理发育的差异变化）；再通过它们在卵、幼虫、蛹以及不同日龄成虫不同组织中的表达和分布、配体-受体体外表达、受体信号转导及其所引起的基因表达调节、以及表达调节在雌雄间的差异等分析，揭示这些重要飞行调控基因信号系统调控桔小实蝇雌雄两性飞行行为的分子机制。本研究有助于阐释桔小实蝇飞行调节的分子机理以及基因功能在雌雄间的差异进化问题，并为基于飞行行为和RNAi的桔小实蝇防治新途径的探索提供研究思路和靶标基因。

桔小实蝇（Bactrocera dorsalis Hendel.)是全球最具危害性的检疫性果蔬害虫，善飞行，被称为“水果杀手”，其极强的迁飞能力，是造成其分布地和发生区不断扩张，以及根除后又再次发生的重要原因，桔小实蝇超强的飞行能力使得对其防治变得困难。但迄今对其飞行行为发生的分子机制仍缺乏了解。昆虫的飞行活动受到一系列与肌肉组成相关的飞行肌蛋白质的调控。本研究采用RT-PCR结合RACE技术，从桔小实蝇体内克隆得到重要飞行蛋白Flightin。Flightin是飞行肌中的一种蛋白质，对飞行能力至关重要，也有研究表明其存在于飞行肌以外的其它组织中，可能具有多种功能。然而，到目前为止，flightin的功能和分子表征主要是在果蝇的飞行肌研究中获得。本研究克隆了桔小实蝇(Bd-flightin)基因，并检测了其在桔小实蝇中的表达和功能。基于flightin同源基因的系统发育分析表明，flightin的分化与昆虫的系统分类是一致的，Motif分析表明flightin同源基因有明显的变化，这可能发生在形态和功能的分化过程中。Bd-Flightin表达量在卵期和幼虫期相当低，在蛹期大量增加，然后在成虫期开始时达到高峰。Bd-flightin在成虫阶段也表现出组织和虫龄特异性表达模式。其在翅、头、卵巢和精巢的相对表达水平较低，足、腹壁相对较高，胸部非常高。通过RNA干扰（RNA interference，RNAi ）研究Bd-flightin的基因表达及功能，对晚期蛹和刚羽化成虫分别注射1μg flightin dsRNA，雌、雄成虫的flightin表达和飞行能力均显著降低；此外，沉默flightin的表达也降低了胸部和整虫的重量比。这些结果表明，flightin在桔小实蝇飞行肌发育和飞行功能中起着重要作用，可用于控制桔小实蝇的飞行行为。本研究有助于阐释桔小实蝇飞行调节的分子机理，并为基于飞行行为和RNAi的桔小实蝇防治新途径的探索提供研究思路和靶标基因。