两种同域分布松毛虫信息素识别关键基因的功能分析及相互作用研究

Dendrolimus spp. are the most serious coniferous defoliators in China, and elucidation of sex pheromones recognition mechanism is the base to develop sustainable controlling method of Dendrolimus with olfactory interference strategy. Dendrolimus houi and Dendrolimus kikuchii are two sympatric species whose sex pheromone components are cis-trans-isomers, thus, these two species can be the model to illustrate the sex pheromone precise recognition mechanisms of sister species. Pheromone-binding proteins (PBP) and pheromone receptors (PR) expressing in the antenna of insects, are key molecular in the sex pheromone recognition of insects. Especially, the PRs can recognize the pheromone components and convert the chemical information to electrical signal. Thus, PRs are core molecular of pheromone recognition. In this program, with D. houi and D. kikuchii as research objects, we will firstly identify the PRs in these two pests; then the response of PRs to intra- and inter-species sex pheromone components will be tested, with in vitro and in vivo methods; finally, the interaction between PBP and PR will be tested to analyze the influences to the pheromone recognition sensitivity and accuracy of these two pests. The results will help us to understand the cis-trans-isomers recognition mechanisms of these two pests, and furthermore, to clarify the sex pheromone recognition mechanisms in these two species. Our research will not only provide new insight into the pheromone recognition of sister species, but also help us to develop new Dendrolimus controlling methods using olfactory disorientation and molecular regulation strategies.

松毛虫是我国重大森林害虫，其信息素识别机制的阐明是进一步利用嗅觉干扰方法开展松毛虫可持续防治的基础。云南松毛虫和思茅松毛虫是同域分布近缘种，且其信息素呈顺反异构体，因此这两种昆虫可作为近缘种昆虫信息素精确识别研究的切入点。昆虫触角中表达的信息素结合蛋白（PBP）和信息素受体（PR）在信息素识别中起到了关键作用，特别是PR能够识别信息素并将其转化为电信号，是信息素识别的核心。本项目拟以云南松毛虫和思茅松毛虫为研究对象，首先鉴定其PR基因，进而利用体外和体内实验共同分析PR在两种松毛虫种内和种间信息素识别中作用，最后分析PBP和PR相互作用对松毛虫信息素识别灵敏度和精度的影响。在此基础上探讨两种松毛虫如何精确识别其顺反异构体信息素，从分子角度阐明近缘种昆虫的种内信息素识别和种间信息素辨别机制，为进一步利用嗅觉迷向、分子调控等手段进行松毛虫防治提供依据。

信息素受体（Pheromone Receptors，PRs）对信息素的识别灵敏度和专一性是昆虫信息素识别的关键，也是近缘种昆虫生殖隔离的重要因子。云南松毛虫（Dendrolimus houi）和思茅松毛虫（Dendrolimus kikuchii）两个近缘种在我国云南地区重叠分布，而且其性信息素分子呈顺反异构体，是研究PRs在近源种昆虫信息素识别过程中作用的良好模式。本项目主要阐释了PRs在近源种松毛虫种内和种间信息素识别过程中的作用，同时还补充研究了另外一种在我国南方广泛分布的马尾松毛虫（Dendrolimus punctatus）的PRs功能，发现了松毛虫属昆虫PRs独特的进化起源。取得的主要结果如下：.第一，我们将行为过程和基因表达相印证，对松毛虫的嗅觉相关基因在交配过程不同阶段的表达变化进行了分析。突破松毛虫PRs通过常规方法无法鉴定的难点，成功鉴定到了松毛虫PR的候选基因，保证基因功能研究顺利展开。.第二，利用爪蟾卵母细胞和膜片钳系统研究了上述松毛虫PRs候选基因的功能。结果发现，松毛虫不同PR基因呈现不同的配体识别特异性，其中对特异性最小组分具有高效识别的特征。同时，我们还发现松毛虫的PRs基因在进化上与已知的鳞翅目昆虫传统PR分支不同，为昆虫PRs功能研究提供了新思路。.第三，尝试利用体内试验分析松毛虫PRs的功能以及PBP存在的情况下的影响。但由于松毛虫生物特性的限制，阻碍了更加深入的研究。未来需要突破松毛虫体内分子功能研究壁垒。.反向化学生态学是昆虫防治研究的热点。本项目完成了林业害虫松毛虫性信息素识别关键基因PRs的功能研究，是进一步利用反向化学生态学思路开发高效的性诱剂、对昆虫嗅觉识别进行干扰的基础。此外，本项目发现松毛虫PRs属于蛾类昆虫除传统PRs进化分支外的另外一个起源，可能成为昆虫性信息素受体研究的拐点。