大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配的分子機(jī)理研究.pdf

1、麥蛾Sitotroga cerealella Olivier是一種世界性儲(chǔ)糧害蟲，在小麥和水稻儲(chǔ)存中發(fā)生尤為嚴(yán)重。在我國(guó)某些地區(qū)，僅麥蛾所造成的儲(chǔ)糧損失可占總損失量的40％以上。目前，化學(xué)防治仍是防治儲(chǔ)糧害蟲的主要有效手段，但麥蛾以幼蟲鉆蛀為害的特性使其不能直接接觸化學(xué)農(nóng)藥，大大降低了防治效率，而且化學(xué)防治還存在著害蟲抗性提高和化學(xué)殘留等問題，因此尋求一種安全有效的環(huán)境友好型的綠色谷物保護(hù)劑已迫在眉睫。
　　本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)大

2、蒜精油及其兩種主要活性成分（二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚）能顯著降低麥蛾的產(chǎn)卵量，但對(duì)于大蒜精油及其活性物質(zhì)抑制麥蛾產(chǎn)卵的作用機(jī)制至今尚未明確。另外，本課題組其他研究人員發(fā)現(xiàn)，大蒜精油活性物質(zhì)可顯著降低麥蛾的交配率和交配頻率，由此我們推測(cè)大蒜精油活性物質(zhì)可能是通過(guò)干擾麥蛾的交配行為，從而抑制雌蛾的產(chǎn)卵量。根據(jù)昆蟲氣味識(shí)別機(jī)制，我們進(jìn)一步推測(cè)麥蛾觸角中的氣味結(jié)合蛋白在大蒜精油活性物質(zhì)對(duì)麥蛾的交配干擾行為反應(yīng)中起著重要的作用。因此，本研究

3、主要從昆蟲的氣味識(shí)別機(jī)制來(lái)闡明大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配的作用靶標(biāo)和分子機(jī)制。結(jié)果如下:
　　1.大蒜精油活性物質(zhì)對(duì)麥蛾嗅覺行為的影響
　　利用Y型嗅覺儀監(jiān)測(cè)了大蒜精油活性物質(zhì)對(duì)麥蛾嗅覺行為反應(yīng)的影響，研究結(jié)果表明:10μL劑量的二烯丙基三硫醚對(duì)麥蛾雌蟲(RI=0.08; P＞0.05)和雄蟲(RI=0.03;P＞0.05)均無(wú)顯著的行為影響;10μL劑量的人工合成雌蟲性信息素（順7，反11-十六碳雙烯-1-醇乙酸酯）對(duì)雄

4、蟲具有極顯著的誘集效果(RI=-0.49;P＜0.001)，對(duì)雌蟲具有極顯著的驅(qū)避活性(RI=0.64;P＜0.000001);但當(dāng)相同劑量的人工合成雌蟲性信息素與二烯丙基三硫醚同時(shí)存在時(shí)，人工合成雌蟲性信息素對(duì)雄蟲沒有了顯著的引誘活性(RI=-0.10;P＞0.05)，對(duì)雌蟲的驅(qū)避率也顯著地降低了(RI=0.31; P＜0.05)。另外，麥蛾對(duì)二烯丙基二硫醚的嗅覺行為反應(yīng)與二烯丙基三硫醚一致。這可能是由于大蒜精油活性物質(zhì)干擾了麥蛾對(duì)人

5、工合成雌性信息素的感知能力。
　　2.麥蛾觸角感器的超微結(jié)構(gòu)觀察
　　采用掃描電鏡和透射電鏡，研究了麥蛾雌雄成蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在麥蛾觸角中共有7種類型的感受器，即毛形感器、錐形感器、腔錐形感器、栓錐形感器、耳形感器、鱗形感器和B(o)hm氏鬃毛，其中雄蟲的長(zhǎng)毛形感器顯著多于雌蟲。根據(jù)昆蟲觸角感器的形態(tài)、構(gòu)造、分布和數(shù)量，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，作者分析并討論了這些感器的功能。其研究?jī)?nèi)容將有利于我們更深入地了解麥蛾雌雄

6、蟲間化學(xué)信息交流機(jī)制，為進(jìn)一步探索麥蛾的嗅覺行為提供理論依據(jù)。
　　3.麥蛾氣味結(jié)合蛋白基因的克隆和表達(dá)模式分析
　　通過(guò)RT-PCR和RACE技術(shù)首次獲得了麥蛾3個(gè)氣味結(jié)合蛋白基因的全長(zhǎng):ScerGOBP1(登錄號(hào):KF513152)，ScerGOBP2(登錄號(hào):KF513150)和ScerPBP（登錄號(hào):KF513151）。通過(guò)序列分析和qRT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)這3個(gè)基因都具有氣味結(jié)合蛋白的典型特征:分子量較小，低等電點(diǎn)，

7、親水性，N端具有信號(hào)肽，具有6個(gè)保守的半胱氨酸殘基，并且只在觸角中特異性表達(dá)。其中，ScerGOBP1和ScerGOBP2在雌雄中表達(dá)量相當(dāng);而ScerPBP在雄蟲中的表達(dá)量顯著高于雌蟲。另外，雄蟲觸角中ScerPBP的表達(dá)豐度明顯高于ScerGOBP1和ScerGOBP2。本研究結(jié)果為麥蛾氣味結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)和功能研究奠定了基礎(chǔ)。
　　4.麥蛾氣味結(jié)合蛋白的表達(dá)純化和結(jié)合特性分析
　　通過(guò)原核表達(dá)和親和層析純化體外獲得大量麥蛾

8、氣味結(jié)合蛋白，利用熒光競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)來(lái)研究大蒜精油活性物質(zhì)/麥蛾性信息素與ScerOBPs之間的結(jié)合能力。結(jié)果表明二烯丙基三硫醚與ScerPBP之間有很強(qiáng)的結(jié)合能力，甚至比性信息素與該蛋白之間的結(jié)合能力還要強(qiáng);但二烯丙基三硫醚與ScerGOBP1和ScerGOBP2的結(jié)合能力很弱。同時(shí)，二烯丙基二硫醚與ScerOBPs之間的結(jié)合特性亦表現(xiàn)出與二烯丙基三硫醚相似的結(jié)果，但是其結(jié)合能力較弱于二烯丙基三硫醚。以上研究結(jié)果表明大蒜精油活性物質(zhì)可能

9、是通過(guò)與性信息素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合ScerPBP，減少了雄蟲觸角中的ScerPBP與雌蟲釋放出的性信息素的結(jié)合機(jī)會(huì)，從而最終干擾了麥蛾的交配行為。
　　5.麥蛾信息素結(jié)合蛋白的同源模建及分子對(duì)接
　　通過(guò)同源模建方法構(gòu)建ScerPBP的三維結(jié)構(gòu)，并利用分子對(duì)接技術(shù)模擬大蒜精油活性物質(zhì)/麥蛾性信息素與ScerPBP之間的相互作用方式。ScerPBP的三維模型含有6個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)，這些α-螺旋緊密排列形成一個(gè)結(jié)合口袋。分子對(duì)接結(jié)果顯示兩種

10、大蒜精油活性成分（二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚）和麥蛾性信息素均可與ScerPBP成功對(duì)接，并且共享一個(gè)疏水性結(jié)合腔，進(jìn)一步表明大蒜精油活性物質(zhì)可能是麥蛾性信息素的結(jié)合抑制劑，可以與性信息素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合ScerPBP。
　　總之，通過(guò)以上的研究，作者初步明確了大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配行為的分子機(jī)制:大蒜精油活性物質(zhì)通過(guò)與性信息素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合ScerPBP，減少了雄蟲觸角中的ScerPBP與雌蟲釋放出的性信息素的結(jié)合機(jī)會(huì)，從而最終干擾