棉铃虫嗅觉系统的结构与功能研究进展

棉铃虫Helicoverpa armigera是世界上重要的多食性农业害虫,主要依赖嗅觉寻找寄主、识别配偶以及选择产卵位点,以实现生存和繁衍。研究表明触角和下唇须是棉铃虫重要的外周嗅觉器官,其上分布毛形感器、锥形感器、腔锥形感器、栓锥形感器等重要的嗅觉感器,表达了包括气味结合蛋白、气味受体、离子型受体等上百种气味化学感受蛋白基因。脑内触角叶及与触角叶神经元连接的蕈形体冠、侧角、外侧前脑等为棉铃虫嗅觉中枢系统。通过利用电生理和染色标记技术明确了棉铃虫性信息素和二氧化碳感受相关的受体、嗅觉感受神经元和其他类型的触角叶神经元。这些关于棉铃虫外周和中枢嗅觉系统结构和功能的研究进展为进一步研究棉铃虫嗅觉器官感受寄主植物、有毒食物和天敌等气味分子的功能图谱以及研究不同嗅觉神经元在突触联系水平上对气味信息进行处理和编码的神经机制奠定了重要基础。也为深入研究棉铃虫的嗅觉行为调控机制和开发基于嗅觉行为调控的防治技术提供了重要理论基础。     

中红侧沟茧蜂嗅觉受体MmedOr2基因的克隆及组织表达谱

嗅觉在天敌昆虫寻找寄主、躲避敌害、交配、转移等行为中发挥关键作用。嗅觉受体是昆虫嗅觉系统中一类重要的功能蛋白。本文选取从中红侧沟茧蜂触角cDNA文库鉴定一个嗅觉受体基因MmedOr2序列片段,采用RACE技术克隆获得中红侧沟茧蜂嗅觉受体基因MmedOr2的全长序列。通过实时荧光定量PCR解析了该基因在中红侧沟茧蜂不同发育阶段、不同组织部位以及交配前后的转录表达谱。结果表明, MmedOr2在触角中特异性表达,且在雌蜂触角中表达量显著高于雄蜂触角。雌、雄蜂羽化后分别在第3 d和第4 d MmedOr2表达量达到最高,该基因转录表达量达到最高后逐渐下降。另外,交配后雌蜂MmedOr2表达量显著下降。根据以上研究结果,我们推测 MmedOr2可能是性信息素受体,在中红侧沟茧蜂寻找配偶等行为中发挥功能。     

田间背景气味对植物源引诱剂的干扰及相应研发策略

植物挥发物在害虫的寄主选择过程中发挥着重要作用。植物源引诱剂是一类重要的害虫绿色防控产品，也是目前害虫无害化防治的研究热点。但目前大多数研究还未达到田间可应用的程度。其主要原因是田间引诱效率不理想。已有研究显示田间背景气味可干扰昆虫的嗅觉定向，干扰植物源引诱剂的引诱效率。因此对以往忽略的田间背景气味干扰加以重视，可进一步加快植物源引诱剂的研发进程。本文从气味传播与昆虫嗅觉感知、背景气味干扰嗅觉定向、田间背景气味复杂性和其对引诱剂的干扰等方面进行了综述与探讨，并对引诱剂配方组配过程中如何降低田间背景气味的干扰提出了相应的研发策略，以期促进植物源引诱剂的创新发展。     

双委夜蛾非典型嗅觉受体Orco的克隆、分子特征及表达

为了解新发现的农业害虫双委夜蛾Athetis dissimilis(Hampson)非典型嗅觉受体Orco的分子特征与表达,通过分析转录组数据并利用RT-PCR技术克隆了双委夜蛾Orco基因,并采用实时定量PCR技术研究了该基因的组织表达谱。结果显示,双委夜蛾非典型嗅觉受体Orco基因开放阅读框全长1 422 bp,编码473个氨基酸,经氨基酸结构预测具有7个跨膜区,N端在膜内,C端在膜外;该基因编码的氨基酸序列与其它昆虫Orco序列相似性极高,因此将该基因命名为Adis Orco(Gen Bank登录号:KR632987),此氨基酸序列C末端第6跨膜区和第7跨膜区之间以及第7跨膜区的序列保守性最高;PCR结果显示,Adis Orco主要在成虫触角中表达,且在雄蛾触角中的表达量是雌蛾触角中的4.2倍,在足、翅、下唇须和喙等组织中也有少量表达。     

昆虫嗅觉在监测物质开发上的应用

本文对昆虫嗅觉传导信息化合物的机理在监测物质开发方面的应用前景进行了综述。首先介绍了参与昆虫嗅觉传导的多种蛋白组分、关键组分OBPs和Ors缺失后对昆虫行为的影响;其次对昆虫嗅觉及其关键组分在害虫监测仪器的开发和高效诱集物质研发上的应用进行了阐述,以期提高害虫监测水平。     

悬铃木方翅网蝽非典型气味受体基因CcilOrco的克隆与序列分析

为进一步研究悬铃木方翅网蝽Corythucha ciliate嗅觉通讯分子机制和寻求新的悬铃木方翅网蝽防治技术,本研究克隆了悬铃木方翅网蝽的非典型气味受体基因CcilOrco,并对其序列进行生物信息学分析。根据GenBank中已发表的半翅目昆虫非典型气味受体家族基因的氨基酸保守序列设计简并引物,采用RT-PCR方法扩增目的基因,将其克隆至pEASY-Blunt载体并测序。将克隆获得悬铃木方翅网蝽非典型气味受体Orco的cDNA序列命名为CcilOrco(GenBank登录号:MF564288),序列分析结果显示,CcilOrco开放阅读框长1 419bp,编码472个氨基酸。预测其分子量为53.25kD,等电点为6.22,序列中有7个跨膜区,N-端在细胞膜内,C-端在细胞膜外。通过在GenBank中进行序列的同源性比较,该基因与已公布的半翅目昆虫的非典型气味受体基因序列有较高的同源性。克隆所获得的基因属于非典型气味受体家族基因。qPCR结果显示CcilOrco主要在雌雄成虫触角中高表达。     

蓟马信息素及在防治中的应用

蓟马是缨翅目昆虫的统称，虫体微小，多数为植食性，以锉吸式口器刺吸植物为害。蓟马繁殖力强，世代重叠严重，暴发频次高，是重要的农林害虫类群之一。蓟马为害行为和其信息素以及相关的嗅觉行为密切相关。本文分别从蓟马信息素的种类、触角的感受机制及信息素在防治中的应用等几个方面进行了综述，并对蓟马综合防治的应用前景进行了展望，以期在蓟马的综合防治中提供理论依据与指导。     

华北大黑鳃金龟气味受体OrCo基因的克隆及序列分析

嗅觉受体OrCo(olfactory receptor coreceptor)在不同昆虫体内高度保守,克隆华北大黑鳃金龟[Holotrichiaoblita(Falderman)]OrCo基因可以为进一步探索受体在气味识别过程中所起的作用和功能提供基础。本研究利用RT-PCR和RACE方法,克隆获得华北大黑鳃金龟OrCo受体基因cDNA全长序列。将该基因命名为Hobl/Or-Co。序列分析结果显示,Hobl/OrCo全长共1 598bp,开放阅读框全长1 434bp,编码477个氨基酸,序列中有7个跨膜区和高度保守的C端区域。Hobl/OrCo基因的氨基酸序列与近缘种铅灰齿爪鳃金龟嗅觉受体的同源性高达95.39%,与已经报道的其他昆虫的嗅觉受体同源性在76%以上,特别是在C端几乎完全一致。     

华北大黑鳃金龟气味结合蛋白HoblOBP2的生物信息学分析

探讨应用生物信息学技术预测华北大黑鳃金龟触角气味结合蛋白HoblOBP2三维结构及其与苯甲酸己酯的结合模式.利用生物信息学相关工具和网站预测HoblOBP2的基本性质,并对其三维结构进行同源建模后发现HoblOBP2的三维结构具有与昆虫普通气味结合蛋白结构的共同特点,即6个α螺旋,其中除了α2在外的5个α螺旋形成疏水结合口袋,3对二硫键起着稳定蛋白结构的作用.将苯甲酸己酯分子对接到HoblOBP2的活性区域,预测蛋白质与气味分子的结合模式,经分析可知蛋白质与气味分子主要通过范德华力和疏水作用相互影响,蛋白内部形成分子内氢键,根据蛋白与气味分子间的结合特性推测HoblOBP2与气味分子结合的三个关键结合位点分别为:LEU73,THR54和VAL137.     

铜绿丽金龟对寄主植物挥发物的触角电生理及行为反应

为深入了解铜绿丽金龟的取食行为,探索开发安全高效的植物源引诱剂,应用昆虫触角电位反应仪和Y型嗅觉仪测试其对不同寄主植物挥发物的趋向行为差异,并根据室内行为结果配制诱剂进行大田试验。结果表明:铜绿丽金龟雄虫对水杨酸甲酯和(1,1’-联环戊基)-2-酮的触角电位反应(electroantennography,EAG)值显著高于其它试剂;石竹烯和水杨酸甲酯能引起雌虫触角较强的电位反应;乙酸顺式-3-己烯酯和石竹烯分别对雄虫和雌虫有较高的嗅觉选择反应率,分别达0.95和0.94。综合EAG和嗅觉试验结果,选择对雌、雄虫均有较好引诱效果的反式-2-己烯醛、乙酸顺式-3-己烯酯、石竹烯、(1,1’-联环戊基)-2-酮和水杨酸甲酯进行田间试验,最终筛选到铜绿丽金龟雄虫的最适引诱剂为每诱芯360 mg乙酸顺式-3-己烯酯,雌虫的最适引诱剂为每诱芯360 mg石竹烯,日诱虫量分别可达33.00±1.53头和29.33±1.45头。     

一种测试鳞翅目幼虫嗅觉行为的高效选择装置

昆虫的寄主定位、产卵选择、聚集、求偶等行为受到来自昆虫周围环境的挥发性气味化合物的影响和调控。研究挥发物对昆虫行为的影响作用主要采用Y形嗅觉仪等行为检测装置,而研究挥发物对鳞翅目幼虫的影响作用却缺乏专业、高效的装置。本研究设计制作了研究鳞翅目幼虫行为的高效选择装置,适用于高效筛选对鳞翅目幼虫具有引诱、驱避等作用的挥发物。小菜蛾3龄幼虫的行为选择测试结果表明,对小菜蛾幼虫引诱最强的植物为大白菜,其次是油菜和甘蓝;花生叶片对小菜蛾幼虫没有作用;而番茄叶片对小菜蛾幼虫则具有驱避作用。由此说明该装置可以有效测定小菜蛾幼虫对不同挥发物的反应,将为挥发物对昆虫行为的影响研究、进而筛选新的化合物来控制虫害提供新的技术支持。     

绿盲蝽气味结合蛋白AlucOBP8的结合特性分析

气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)是参与昆虫嗅觉感知过程的一类重要蛋白,其功能之一是结合运输外界气味分子通过淋巴液到达神经元树突。本文克隆了一个绿盲蝽Apolygus lucorum(Meyer-Dür)气味结合蛋白AlucOBP8(GenBank登录号JQ675725)并进行了原核重组表达。组织表达谱分析表明,AlucOBP8基因主要在雌雄成虫触角表达。采用荧光竞争结合试验,研究了重组蛋白AlucOBP8与7种性信息素类似物和33种植物挥发物的结合能力。结果显示,7种性信息素类似物均不能与AlucOBP8有效结合,而植物挥发物中只有葎草烯(α-caryophyllene)和十二醛(dodecyl aldehyde)与AlucOBP8表现出较强的结合,结合常数分别为8.74和9.99 μmol/L。绿盲蝽雌雄成虫对这两种化合物的趋向结果表明,十二醛对绿盲蝽雄成虫具有显著的驱避作用。初步推断AlucOBP8为普通气味结合蛋白并参与寄主普通挥发气味的识别过程。     

蚜虫嗅觉行为及昆虫嗅觉信号转导途径研究进展

综述了蚜虫较典型的3种嗅觉行为即报警信息素反应、植物挥发物对蚜虫的引诱行为和驱避行为以及嗅觉在寄主定位中的作用,结合由G蛋白介导的昆虫嗅觉信号转导途径的研究现状,从一个全新的角度总结了近年来针对蚜虫嗅觉反应及其机制的研究进展。文章还就麦蚜嗅觉信号转导途径研究的可行性及意义进行了讨论。     

黄野螟化学感受基因的鉴定与分析

昆虫的化学感受系统在昆虫的取食、交配等多种行为中发挥着重要作用。黄野螟Heortia vitessoides是一种寡食性害虫, 幼虫具有聚集性、暴食性等特点, 对土沉香Aquilaria sinensis危害严重。本研究使用高通量测序技术对黄野螟成虫触角和口器的转录组进行了测序, 共鉴定到124个化学感受基因, 包括50个气味受体(odorant receptor, OR)基因, 19个离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因, 17个味觉受体(gustatory receptor, GR)基因, 19个气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因, 17个化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因和2个感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)基因。通过系统进化和差异表达分析, 对黄野螟化学感受基因的分化, 以及不同性别、不同组织间的表达差异进行系统性的研究。以气味受体为例, HvitOR42、HvitOR43和HvitOR48聚在传统的性信息素受体(pheromone receptor, PR)分支, 其中HvitOR42和HvitOR43在雄性成虫触角中特异性高表达, 这3个气味受体可能参与识别黄野螟雌性成虫释放的性信息素。此外, HvitOR20在雌性成虫触角中特异性高表达, 可能与雌性成虫交配和产卵等行为相关。本研究为进一步探究黄野螟的化学感受机制提供了分子基础, 为开发以化学生态学为基础的黄野螟绿色害虫防控技术提供了理论依据。     

梨网蝽触角嗅觉相关基因分析

为阐明梨网蝽Stephanitis nashi对其寄主植物的化学感受机制,本研究采用高通量测序平台对梨网蝽成虫触角进行转录组测序,基于7大数据库对转录组数据进行基因功能注释,筛选获得梨网蝽的主要嗅觉相关基因并进行生物信息学和系统进化树分析。结果表明：共获得28 017条 unigenes,长度在1 000 bp以上的unigenes有9 921条;通过与7大数据库进行BLAST比对,梨网蝽触角转录组数据中的17 891条unigenes被成功注释;在已成功注释的unigenes中,鉴定得到12个 OBP基因和17个CSP基因,其中OBP基因所编码的蛋白有6个属于Classic家族;而CSP基因所编码的蛋白全部具有4个保守的半胱氨酸位点,符合昆虫CSP基因的结构特征。进化分析结果显示,梨网蝽6个OBP基因的氨基酸序列与其他昆虫OBP基因的氨基酸序列聚为3个分支;梨网蝽16个 CSP基因与其他昆虫CSP基因的进化树也聚为3个分支。     

禾谷缢管蚜气味降解酶鉴定及其与关键信息化学物质的分子对接

为探究禾谷缢管蚜Rhopalosiphum padi气味降解酶(odorant degrading enzyme,ODE)与关键信息化学物质的作用模式,从其触角转录组中筛选属于ODE的细胞色素P450与谷胱甘肽-S-转移酶,利用IQ-tree 2.1.1软件构建进化树;根据FPKM值筛选出高表达蛋白,用SWISS-MODEL软件进行同源建模;并应用AutoDock软件与寄主植物挥发性气味和信息素进行分子对接。结果表明,筛选获得禾谷缢管蚜细胞色素P450基因30个,谷胱甘肽-S-转移酶基因10个,且40个基因均有完整的开放阅读框;根据FPKM值筛选出9个在禾谷缢管蚜触角表达量较高的基因,其中同源建模成功的有5个;同一蛋白与不同气味分子结合时,结合能有差异;结构相似的气味分子与不同蛋白结合时,结合位点与结合能相似。表明与气味结合蛋白相比较,禾谷缢管蚜ODE对气味分子的选择特异性较低。     

入侵害虫松树蜂嗅觉共受体SnocOrco基因的鉴定及其表达模式分析

为探究我国重大入侵害虫松树蜂Sirex noctilio的嗅觉分子机制，通过RT-PCR技术克隆松树蜂嗅觉共受体SnocOrco基因的cDNA全长序列，并进行生物信息学分析，且采用qPCR技术明确SnocOrco在组织中的特异性表达谱和时空表达特性。结果表明，SnocOrco基因（GenBank登录号：MK748989）开放阅读框全长1 446 bp，编码481个氨基酸，氨基酸序列具有7个跨膜螺旋结构和1个高度保守结构功能域Pfam：7tm_6。SnocOrco属于稳定的疏水性膜蛋白，同源性比对和系统发育分析结果显示，氨基酸序列与膜翅目、鳞翅目、鞘翅目和双翅目其它昆虫的Orco都具有很高的同源性，其中与麦茎蜂Cephus cinctus的CcinOrco同源性最高，达到87.14%，在系统发育树中聚为一支。qPCR结果显示，SnocOrco主要在雌、雄成虫触角中高表达，约为外生殖器中表达量的6 000倍和4 000倍，且在雌成虫中的表达量高于雄成虫中的表达量；在2~7日龄成虫触角中SnocOrco的相对表达量在2日龄时达到最高，之后随着日龄的增加呈下降趋势；昼夜节律显示，SnocOrco相对表达量从9：00—15：00呈先上升后下降的趋势，在11：00时达到最高。表明SnocOrco基因在松树蜂两性交流中起着重要作用。     

草地螟触角普通气味结合蛋白基因的克隆及序列分析

利用RT-PCR结合RACE技术克隆了编码草地螟(Loxostege sticticalis)触角中一种普通气味结合蛋白的基因。序列分析表明,成熟蛋白的序列中含有阅读框序列,推导的氨基酸序列与已报道的11种鳞翅目昆虫普通气味结合蛋白Ⅰ比较,平均相似度在62.3%左右,并拥有气味结合蛋白的典型结构特征。该基因归属于普通气味结合蛋白Ⅰ基因亚族。因此将它命名为LstiGOBP1。     

植物挥发性气味物质对中红侧沟茧蜂的趋向行为影响及田间诱集效果

明确不同挥发性气味物质对中红侧沟茧蜂Microplitis mediator选择行为的作用,有助于鉴定设计引诱剂以更好地利用天敌.本文采用"Y"型嗅觉仪测定了中红侧沟茧蜂对60种挥发性气味物质的趋向行为反应.结果表明,中红侧沟茧蜂对脂肪族化合物趋性最强,萜类化合物次之,芳香族化合物则相对较弱.中红侧沟茧蜂对(Z)-3-己烯乙酸酯、β-紫罗兰酮、2-十一烷酮、己醛、正辛醇、罗勒烯、橙花叔醇和香叶醇等气味的选择性最高,选择率分别为80.7%、73.2%、70.9%、69.6%、67.8%、74.1%、71.2%和67.9%,与对照相比差异极显著(P＜0.01).为了明确田间条件下挥发性气味物质对中红侧沟茧蜂行为的影响,选择趋性效果较强的6种化合物分别制成诱芯进行了田间罩笼诱集试验,结果表明中红侧沟茧蜂对罗勒烯和(Z)-3-己烯乙酸酯的选择性最高,校正选择率分别为18.6%和14%,显著高于与其它化合物.田间应用结果与"Y"型嗅觉仪测定结果具有一致性.     

草地贪夜蛾嗅觉相关分子机制初探

为了鉴定草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)嗅觉受体相关基因,进一步挖掘其在进化与功能上的信息,基于已发表的草地贪夜蛾基因组数据,利用TBLASTN同源搜索的方法从基因组中鉴定得到63条嗅觉受体OR基因,对其进行GO及KEGG功能注释,再与8种鳞翅目昆虫的OR基因进行比较分析。结果表明,草地贪夜蛾与甜菜夜蛾(S. exigua)有16条OR在进化树上属同一分支。其中,6条(SfruOR-us2854、SfruOR-chr7.4、SfruOR-chr5.1、SfruORus9235、SfruOR-us6215、SfruOR-chr1.2)可能具有性别特异性;与家蚕性信息素受体BmorOR42属同一支的2条OR(SfruOR-chr5.2、SfruOR-chr17.5)可能具有性信息素识别功能。