[目的]本研究旨在明确花蓟马Frankliniella intonsa化学感受蛋白(chemosensory protein,CSP)FintCSP2与聚集信息素苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯[neryl(S)-2-methylbutanoate]的结合能力.[方法]利用RT-PCR法扩增花蓟马FintCSP2的开放阅读框序列,并对其进行生物信息学分析;利用RT-qPCR检测FintCSP2在花蓟马雌成虫不同组织(触角、去除触角的头、胸、腹和足)中的表达量;利用RNAi通过向花蓟马雌成虫注射dsRNA沉默FintCSP2,24 h时通过触角电位(electroantennogram,EAG)实验检测花蓟马对苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯的反应,利用Y型嗅觉仪测定花蓟马雌成虫对苊肉基(S)-2-甲基丁酸酯的的选择性;原核表达FintCSP2重组蛋白,利用荧光竞争结合实验检测FintCSP2重组蛋白与苊肉基(S)-2-甲基丁酸酯结合力;采用分子对接模拟技术和蛋白定点突变技术分析FintCSP2与苊肉基(S)-2-甲基丁酸酯结合的关键氨基酸残基.[结果]花蓟马FintCSP2(GenBank登录号:MT211602.1)开放阅读框长390 bp,编码129个氨基酸,N端有一个包含20个氨基酸的信号肽,含有4个保守的半胱氨酸.氨基酸序列分析结果表明,FintCSP2氨基酸与花蓟马 CSP1(GenBank 登录号:WBW64307.1)、西花蓟马F.occidentalis CSPs(GenBank登录号:WBW64306.1,AJL33750.1)和牛角花齿蓟马 Odontothrips loti CSP2(GenBank 登录号:WBU77202.1)的亲缘关系最近,氨基酸序列一致性分别为99.22％,99.22％,86.05％和65.85％.RT-qPCR结果表明,FintCSP2在雌成虫各组织中均有表达,其中在触角中的表达量最高.与对照组(注射dsEGFP)比,沉默FintCSP2显著降低花蓟马对苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯的EAG反应绝对值和选择率.分子对接预测Tyr24,Phe29,Leu38,Val71,Cys76,Cys79和Gln83这7个氨基酸残基最可能参与FintCSP2结合苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯;定点突变和荧光竞争结合实验结果表明,与野生型蛋白相比,FintCSP2-Tyr24Ala和FintCSP2-Gln83Ala突变蛋白与苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯结合能力显著下降,FintCSP2-Phe29Ala突变体蛋白失去与苊肉基(S)-2-甲基丁酸酯的结合能力.[结论]花蓟马FintCSP2蛋白在识别苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯过程中起关键作用,Tyr24,Phe29和Gln83是FintCSP2结合苨肉基(S)-2-甲基丁酸酯的3个关键氨基酸残基.

[目的](反,反)-8,10-十二碳二烯-1-醇[(8E,10E)-dodecadien-1-ol,E8,E10-12∶OH]是苹果蠹蛾Cydia pomonella的主要性信息素成分,对梨小食心虫Grapholita molesta性诱剂具有引诱增效作用.本研究旨在测定E8,E10-12∶OH对梨小食心虫性诱剂的增效能力,确定主要结合E8,E10-12∶OH的信息素结合蛋白(pheromone binding proteins,PBPs)和普通气味结合蛋白(general odorant binding proteins,GOBPs).[方法]利用触角电位(electroantennogram,EAG)仪测定梨小食心虫雄成虫对 0.002,0.02,0.2,2,20,200 和 2 000 μg E8,E10-12∶OH 激发的 EAG 反应;利用田间诱集试验测定E8,E10-12∶OH对梨小食心虫性诱剂的增效能力;利用荧光竞争结合实验测定梨小食心虫信息素结合蛋白GmolPBP1,GmolPBP2和GmolPBP3及普通气味结合蛋白GmolGOBP1,GmolGOBP2和GmolGOBP3与E8,E10-12∶OH的抑制常数Ki;利用分子动力学模拟的方法预测GmolGOBP2结合E8,E10-12∶OH的关键氨基酸;利用定点突变和荧光竞争结合实验验证GmolGOBP2结合E8,E10-12∶OH的关键氨基酸残基及弱相互作用力.[结果]梨小食心虫雄成虫对E8,E10-12∶OH表现出EAG反应,雄成虫对2 000 μg E8,E10-12∶OH的EAG反应值最高[(0.57±0.14)mV].在梨小食心虫性诱剂中添加200 μg E8,E10-12∶OH时,增效效果最佳,增效倍数达 2.46 倍.GmolGOBP2 结合 E8,E10-12:OH 的能力最强[Ki=(1.92±0.05)μmol/L],是结合E8,E10-12∶OH的主要OBP.分子动力学模拟表明GmolGOBP2的Phe18,Ile100,Glu104,Val117和Phe124结合 E8,E10-12∶OH 的自由能最低,分别为-1.18,-1.33,-3.34,-1.19 和-1.58 kj/kg,预测是GmolGOBP2结合E8,E10-12∶OH的重要位点,将以上5个残基定点突变为丙氨酸Ala后,突变体蛋白E104A和F124A失去了结合E8,E10-12∶OH的能力,表明Glu104和Phe124是GmolGOBP2结合E8,E10-12∶OH的关键氨基酸.[结论]E8,E10-12∶OH是开发梨小食心虫高效性诱剂的理想增效剂,GmolGOBP2在梨小食心虫识别种间性信息素E8,E10-12∶OH的过程中发挥着重要作用,Glu104和Phe124是GmolGOBP2结合E8,E10-12∶OH的关键氨基酸残基.

昆虫社会身份识别是指昆虫通过感知各种信息来辨别其他个体的身份,进而建立一定社会关系的生物学现象.社会身份识别对社会性昆虫的信息交流、天敌防御、社会分工、个体及群体生存和繁衍尤为重要.本文以蚂蚁、白蚁和蜜蜂等社会性昆虫为例,详细阐述了社会性昆虫的社会身份识别机制:社会性昆虫以信息素为关键线索,利用嗅觉实现社会身份的识别;社会性昆虫也通过其视觉观察同伴或天敌等个体的行为,实现社会身份的识别;社会性昆虫还能够识别特殊的声音信号和感知空气中的震波,并作为其社会身份识别的重要依据.此外,研究表明昆虫共生菌也参与调控社会性昆虫的身份识别.针对社会性昆虫身份识别是先天还是后天形成的这一争论,我们从基因、适应学习以及基因和环境互作等方面,阐述了昆虫可能通过先天遗传和后天学习相结合的方式实现社会身份识别的观点.社会性昆虫是研究人类和动物社会行为学的绝佳模式生物.社会身份识别的研究成果不仅可深入解析社会性昆虫的生物学特性,也对人类及其他动物的社会认知进化以及各类社会问题的研究提供重要参考.今后应加强以下两方面的研究:(1)探索社会性昆虫多样的识别方式,解码其更深层次的机制研究;(2)应用现代新型计算机技术,将社会性昆虫身份识别行为可视化分析.

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要.表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚.本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量,运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制.结果表明:(1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7-C44的化合物组成,包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃;其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(＞5％).(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异,正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35∶1)、1-二十九烯(C29∶1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物.(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化:在干热季中,雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加,2-Me-C28和角鲨烯的比例降低;雄蜂甲基烯烃的比例增加,正链烷烃和甲基烷烃的比例降低,碳氢化合物总绝对含量无明显变化.本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性,2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素;雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应,表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略.本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制,为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础.

[目的]本研究旨在为深入研究梨小食心虫Grapholita molesta尼曼-匹克C2型蛋白(Niemann-Pick type C2 protein,NPC2)GmolNPC2的嗅觉感受功能提供理论参考.[方法]基于梨小食心虫触角转录组数据,利用RT-PCR扩增GmolNPC2的cDNA全长序列,进行系统进化分析和3D结构模型预测;利用RT-qPCR检测GmolNPC2在梨小食心虫不同发育阶段(卵、1-5龄幼虫、蛹和雌雄成虫)、3日龄雌雄成虫不同组织(触角、去除触角的头、胸、腹、足和翅)中的相对表达量;利用荧光竞争结合实验测定重组GmolNPC2蛋白对包括6种性信息素和38种寄主植物挥发化合物在内的44种气味配体的抑制常数Ki 值,分析结合能力;通过分子对接模拟实验计算GmolNPC2与不同气味配体的结合能,预测蛋白和配体相互作用的关键氨基酸残基.[结果]获得梨小食心虫GmolNPC2(GenBanK登录号:OQ054801)的cDNA全长序列,开放阅读框(ORF)长438 bp,编码145个氨基酸;多序列比对发现GmolNPC2具有昆虫NPC2典型的结构特征;系统进化分析表明已知鳞翅目(Lepidoptera)昆虫的 NPC2s 聚类至 2 个分枝,GmolNPC2 与大豆食心虫 Leguminivora glycinivorella、红铃虫Pectinophora gossypiella和烟草天蛾Manduca sexta等的NPC2氨基酸序列一致性较高并聚类至同一分枝.RT-qPCR检测结果表明,GmolNPC2在梨小食心虫雄成虫和卵中的表达量显著高于其他发育阶段的;GmolNPC2在3日龄雌雄成虫翅中的表达量最高,在触角中的次之,在胸、腹和足中的最低.重组蛋白GmolNPC2的结合谱较窄,仅能够结合44种气味配体中的17种,对其中的乙酸-顺-8-十二碳烯酯、苯甲醇和乙酸-顺-3-己烯酯表现出强烈的结合能力,Ki 值分别为(4.117± 0.046),(4.845±0.079)和(3.979±0.167)μmol/L.分子对接模拟结果显示,GmolNPC2 与不同气味配体之间的结合能存在差异,与上述荧光结合实验的结果较一致.疏水性氨基酸残基和氢键在GmolNPC2结合不同气味配体中发挥着重要作用.[结论]GmolNPC2具有昆虫NPC2家族的保守结构,在卵和成虫以及成虫翅和触角中的表达量较高,推测其参与梨小食心虫的多种生理过程.重组蛋白GmolNPC2能够选择性地结合性信息素和寄主植物挥发化合物,表明GmolNPC2参与对挥发性信息物质的识别和运输.

[目的]通过克隆梨小食心虫Grapholita molesta的Minus-C气味结合蛋白 (odorant binding protein, OBP) 基因, 并测定其在成虫不同组织中的表达量及其重组蛋白对气味配体的结合能力, 推测其嗅觉生理功能.[方法]基于梨小食心虫雌虫触角转录组测序数据, 利用RT-PCR克隆MinusC OBP基因的完整编码区;qPCR测定该基因在成虫不同组织[触角、头 (去除触角) 、胸、腹、足、翅]中的表达量;构建原核表达系统表达重组蛋白, 利用SDS-PAGE和Western blot检测蛋白的表达和纯度;运用荧光竞争结合实验测定重组蛋白与35种气味配体的结合能力.[结果]成功克隆了梨小食心虫的一个Minus-C OBP基因, 命名为GmolOBP14 (GenBank登录号:MF066361).GmolOBP14开放阅读框长411 bp, 编码136个氨基酸, 成熟蛋白具有4个保守的半胱氨酸残基, 属于Minus-C OBP亚家族.GmolOBP14在雌雄成虫的不同组织中均有表达, 但在雄成虫翅和雌成虫触角中的表达量显著高于同性别的其他组织.重组蛋白GmolOBP14与气味配体的结合谱较窄, 仅能与16种配体表现出不同程度的结合活性, 其中与梨酯和十二醛的结合能力较强, 解离常数Ki分别为6.92和12.74μmol/L;与癸醛、十四醛、顺-3-己烯-1-醇、苯甲醇和己酸丁酯有中等程度的结合活性, Ki分别为25.54, 20.61, 24.35, 23.44和23.33μmol/L;GmolOBP14对性信息素组分没有结合活性, 提示该蛋白不参与对性信息素的感受和识别.[结论]根据GmolOBP14基因的组织表达特点及其重组蛋白的结合特性, 推测GmolOBP14除具有选择性结合和运输寄主植物挥发物的作用外, 还参与与嗅觉无关的生理过程.

检疫性害虫橘小实蝇Bactrocera dorsalis和番石榴实蝇Bactrocera correcta是近缘种.本研究显示,两种实蝇对已被产卵寄主的识别与产卵选择性极相似.当寄主中至少含有600粒新鲜卵时,橘小实蝇或番石榴实蝇的雌成虫在其上继续产卵的数量才被抑制,而对同种实蝇卵和异种实蝇卵的反应几乎没有差异;两种实蝇在已被产卵的寄主中再次产卵,并没有刻意回避原产卵孔;寄主中的卵孵化为幼虫对后续实蝇的产卵行为产生了显著的抑制作用,随着幼虫数量的增多与龄期的增长,便不再有雌蝇选择该寄主产卵.因此,寄主中幼虫的存在是驱避橘小实蝇和番石榴实蝇在其上继续产卵的重要因素.两种实蝇幼虫寄主标记信息素的鉴定与利用将是今后研究的重点,利用其进行有害实蝇的种群控制将有很大的应用前景.

[目的]研究中红侧沟茧蜂Microplitis mediator气味结合蛋白MmedOBP18在触角中的表达定位,解析MmedOBP18重组蛋白的配体结合特性.[方法]原核表达中红侧沟茧蜂气味结合蛋白MmedOBP18;采用荧光免疫组织化学技术研究MmedOBP18在中红侧沟茧蜂雌蜂触角中的表达定位;通过荧光竞争结合实验分析MmedOBP18重组蛋白与99种候选配体的结合特性.[结果]在原核表达系统中成功表达MmedOBP18重组蛋白.荧光免疫定位结果显示MmedOBP18主要表达在触角锥形感器Ⅰ内的淋巴液中.荧光竞争结合实验结果表明,MmedOBP18重组蛋白能够与16种候选配体结合,与低挥发性植物挥发物2-十三酮、十二醛、十四酸和十一酸的结合能力最强,其解离常数Ki值分别为5.21,6.42,6.49和6.58 μmol/L;而且MmedOBP18重组蛋白与非挥发性植物次生物质棕榈酸、棉酚、槲皮素及亚麻酸也有较强的结合能力,Ki值分别为3.86,5.07,5.08和6.51 μmol/L;此外,MmedOBP18重组蛋白与鳞翅目昆虫性信息素组分顺-9-十四碳烯醛及顺-11-十六碳醛表现出较强的结合能力,Ki值分别为9.09和11.67 μmol/L,提示该蛋白在寄主定位过程中可发挥重要的作用.[结论]中红侧沟茧蜂气味结合蛋白MmedOBP18能够结合长链低挥发和非挥发性化合物,推测其在嗅觉和味觉识别中发挥双重功能,主要参与对寄主和寄主生境的化学信息的近距离识别.

[目的]通过克隆梨小食心虫Grapholita molesta触角中的普通气味受体(odorant receptor,OR) OR20基因,明确其在不同发育期及成虫不同组织中的表达特征,为进一步研究其功能提供理论依据.[方法]根据梨小食心虫雌虫触角转录组数据,利用RT-PCR克隆梨小食心虫OR20基因的完整开放阅读框;采用qRT-PCR检测该基因在不同发育期(卵、1-5龄幼虫、蛹和雌雄成虫)、成虫不同组织(触角、去除触角的头、胸、腹、足、翅)以及不同日龄(1,3,5和7日龄)成虫触角中的表达量.[结果]克隆获得梨小食心虫GmolOR20基因cDNA序列(GenBank登录号:MH898864).该基因完整开放阅读框为1 284 bp,编码427个氨基酸,预测蛋白分子量为49.83 kD,理论等电点为8.57,具有7个跨膜结构域.序列比对和系统进化树结果表明,梨小食心虫GmolOR20与苹果蠹蛾Cydia pomonella CpomOR15和豆荚小卷蛾Cydia nigricana CnigOR15亲缘关系较近,氨基酸序列一致性分别为87％和84％.发育表达模式结果显示,GmolOR20在不同发育时期均有表达,雌雄成虫中的表达量显著高于其他发育期的表达量(P＜0.05),但雌、雄虫间的表达量差异不显著.组织表达模式结果表明,GmolOR20主要在成虫触角中高丰度表达,且雌虫触角中的表达量极显著高于雄虫触角中的表达量(P＜0.01);GmolOR20在不同日龄成虫的触角中均有表达,且在1和3日龄成虫触角中的表达水平显著高于其他日龄(P＜0.05).[结论]根据GmolOR20基因的表达谱分析结果,推测GmolOR20可能参与梨小食心虫对植物挥发物和性信息素的识别.

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda原产于美洲,具有长距离迁飞特性.该虫于1988年入侵欧洲,2016年入侵非洲,并引起巨大的粮食损失,2018年入侵亚洲,2019年从缅甸传入中国,并在短时间扩散至全国10多个省.草地贪夜蛾依赖性信息素通讯,实现雌雄间识别、交配和繁衍,为了深入研究草地贪夜蛾的性信息素通讯及其机制并开发更高效的预测预报和防治技术,本文综述了草地贪夜蛾性信息素通讯的研究现状.1967年首次报道草地贪夜蛾性信息素为顺9-十四乙酸酯,随后发现有不同的鉴定结果,1986年确认其性信息素由顺9-十四乙酸酯和顺7-十二乙酸酯两个组分组成,其比例为96.6∶3.4时表现出最强的引诱活性.除此而外,对不同地理种群的研究发现,草地贪夜蛾雌蛾的信息素腺体提取物还存在顺9-十二乙酸酯、顺11-十六乙酸酯和反7-十二乙酸酯,田间实验表明这些物质在性信息素通讯中也可发挥作用.根据分子标记和喜食寄主,草地贪夜蛾可分为玉米品系和水稻品系.两个品系在外部形态上无法区分,性信息素组分也相同,但在组分比例上存在一定的差异.两个品系间存在一定程度的生殖隔离,但室内可以正交和反交并产生可育的F1代,F1代的性信息素比例与母本的比较相似.关于草地贪夜蛾雄性对性信息素的感受机制方面研究较少,仅见有感器形态的鉴定和对性信息素组分的触角电位反应研究的报道.根据目前草地贪夜蛾在我国的发生情况及其性信息素通讯机制的研究现状,我们建议尽快开展以下研究:(1)鉴定草地贪夜蛾我国入侵种群的雌性性信息素,尽快用于其种群动态监测及防治;(2)研究草地贪夜蛾雄性对性信息素的嗅觉编码机制;(3)研究草地贪夜蛾两个品系的行为隔离程度及其演化结局.