棉铃虫与烟青虫幼虫味觉适应行为及其形成机制的比较研究

In this study, the host-plant generalist Helicoverpa armigera and the specialist Helicoverpa assulta (Lepidoptera:Noctuidae) were selected as models to investigate the mechanisms of taste habituation as a result of food experience. Dual-choice behavioral assays,tip-recording technique and a few molecular approaches will be used in this study. Firstly, dual-choice behavioral assays will be used to investigate the taste habituation based on food experince in the two species.Secondly, tip-recording technique will be performed to study details of the related taste neurons in lateral and medial sensilla in both habituated caterpillars and normal caterpillars in both species. Finallly, a few molecular approaches including suppression subtractive hybridization,in situ hybridization and qRT-PCR will be used to enrich,select,identify and locate the special taste receptor genes which could be responsible for taste habituation. Anticipate results can not only help us understand the mechanisms of taste habituation in phytophagous insects,but also the differences between the generalist and the specialist in taste habituation.This study can help us understand the mechanism of pesticide resistance and provide a new idea for pest control.

本研究选用多食性的棉铃虫幼虫和寡食性的烟青虫幼虫作为模式动物,采用行为实验,电生理顶端记录以及分子生物学实验方法研究不同食性昆虫基于取食经历的味觉适应行为(Taste habituation)及其相关的生理机制和分子机制。研究分三步进行：第一步，行为实验确定不同取食经历幼虫的味觉适应行为。第二步，用电生理顶端刺激法(Tip-recording)刺激不同表型(具味觉适应行为幼虫或正常幼虫)幼虫的主要味觉感受器- - -中栓锥感器和侧栓锥感器，研究味觉神经元在味觉适应行为产生过程中的变化。第三步，利用"抑制性消减杂交"和"原位杂交"等分子实验技术筛选，鉴定和定位与味觉适应行为相关的味觉受体基因。预计所获结果不仅有助于全面了解植食性昆虫味觉适应行为的形成机制，也有助于了解不同食性昆虫味觉适应行为生理机制和分子机制的异同。研究有助于理解耐药性的产生机理，从而为害虫的调控提供新的思路。

本研究以棉铃虫(Helicoverpa armigera)和烟青虫（Helicoverpa assulta）幼虫为研究对象，探索鳞翅目昆虫幼虫的味觉适应行为及其形成的机制。棉铃虫与烟青虫是近缘种昆虫，但食性截然不同。棉铃虫是多食性，烟青虫是寡食性。研究筛选了多种不同种类的植物次生性物质，分别发现了其中一些化合物是幼虫的取食抑制素。其中，烟青虫对咖啡因的行为反应要强于棉铃虫，电生理实验结果显示烟青虫幼虫中栓锥感器对咖啡因的电生理脉冲反应显著强于棉铃虫幼虫的反应，意味着烟青虫中栓锥感器中的取食抑制素味觉神经元对咖啡因的敏感程度要显著高于棉铃虫。这些结果暗示了在进化过程中寡食性昆虫对环境中取食抑制素的感受与探测要强于多食性昆虫，或更有益于寡食性昆虫寻找到其特定的寄主植物。研究发现了两种昆虫幼虫基于取食经历的味觉适应行为，棉铃虫幼虫对棉酚，印楝素和马钱子碱产生了味觉适应行为；烟青虫幼虫对印楝素和马钱子碱产生了味觉适应行为。这些结果暗示了昆虫对取食抑制素产生的味觉适应行为可能有利于其适应环境。研究探讨了基于取食经历而产生的味觉适应行为的作用机制，研究发现，对于生物碱类物质马钱子碱，两种幼虫中栓锥感器的取食抑制素神经元对马钱子碱的感受都显著降低了，说明两种幼虫对马钱子碱的行为适应可用味觉神经元的脱敏来解释。而对于柠檬素类化合物印楝素，棉铃虫幼虫的侧栓锥感器中的取食抑制素神经元的敏感性显著降低了，而烟青虫却无此种现象。此结果暗示了棉铃虫和烟青虫对印楝素产生味觉适应行为的机制不同。前者通过外围神经系统神经元的敏感性降低来实现，后者可能与中枢神经系统的学习机制有关。研究还比较了取食经历引起棉铃虫和烟青虫味觉适应行为速度的快慢，发现烟青虫产生味觉适应行为的速度要快于棉铃虫，在接触马钱子碱48小时后就产生了味觉适应，而棉铃虫要72小时才产生，而且均能通过味觉神经元的脱敏来解释这种适应行为。这个结果暗示了寡食性昆虫在碰到一种新的抑食性物质的时候，由于没有更多的食物供其选择，其可能在取食上选择更早地选择“妥协”(对其脱敏)，从而有可能获得更多的生存机会。研究还发现棉铃虫和烟青虫幼虫上的嗅觉感受器在寻找寄主植物和取食行为选择上起到了重要作用，且单细胞感受器记录技术（SSR）可用来记录幼虫嗅觉感器内的神经元活动。本研究比较了棉铃虫和烟青虫的味觉适应行为及其可能的机制，可为害虫的调控提供参考。