棉鈴蟲保幼激素作用機(jī)制及其對(duì)Bt抗性適合度代價(jià)的調(diào)控.pdf

1、棉鈴蟲Helicoverpa armigera(Hübner)屬于鱗翅目夜蛾科，廣泛分布在世界各地，危害棉花、谷物、玉米、小麥等多種農(nóng)作物，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，是我國(guó)的一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲。Bt棉花的種植有效地控制了棉鈴蟲的發(fā)生危害，但是由于轉(zhuǎn)基因作物的大面積種植，許多害蟲一直處于Bt的選擇壓下，使得多種靶標(biāo)昆蟲具有產(chǎn)生抗性的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)東南部的棉鈴蟲、印度的紅鈴蟲在田間都對(duì)Bt棉花產(chǎn)生了抗性，且我國(guó)Bt棉花高強(qiáng)度種植地區(qū)的棉鈴蟲耐受性正逐

2、年提高。因此，棉鈴蟲對(duì)Bt的抗性問(wèn)題已成為影響B(tài)t棉花持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。靶標(biāo)害蟲的Bt抗性適合度代價(jià)是影響其抗性發(fā)展速度的重要因素之一，生殖適合度代價(jià)決定著生物種群的繁衍，因此，明確Bt抗性的生殖適合度代價(jià)機(jī)理可為制定相應(yīng)的抗性治理策略提供重要依據(jù)。本文對(duì)不同地區(qū)的棉鈴蟲抗、感品系的生殖適合度進(jìn)行分析，并利用轉(zhuǎn)錄組鑒定了參與保幼激素調(diào)控的新基因，并對(duì)這些基因在棉鈴蟲發(fā)育過(guò)程中表達(dá)模式及有關(guān)基因?qū)γ掴徬x生殖發(fā)育的影響進(jìn)行了研究。主要研究

3、成果如下：
　　選用采自于不同地區(qū)的3組室內(nèi)飼養(yǎng)的抗感品系(96S與BtR, LFS與LF120, XJS與XJ20)，分析了抗、感棉鈴蟲的生殖指標(biāo)、卵巢發(fā)育狀態(tài)及保幼激素滴度。結(jié)果表明敏感品系96S，LFS和 XJS的產(chǎn)卵量分別為817.15±27.32、712.35±23.16和833.96±29.43，顯著的高于抗性品系(565.60±16.40-666.74±28.12)；敏感品系的卵孵化率為55.19-69.51％，是抗

4、性品系的1.25-2.75倍。比較抗、感品系棉鈴蟲卵巢發(fā)育狀況發(fā)現(xiàn)，抗性品系的成熟卵比率和卵巢比重在羽化后2-5d顯著低于敏感品系。此外測(cè)定了調(diào)節(jié)鱗翅目昆蟲生殖的JH滴度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗性棉鈴蟲的JH含量普遍高于敏感品系，LF120在羽化后1-3d顯著高于敏感品系LFS，在羽化后4-6d無(wú)差別，而XJ20在整個(gè)成蟲發(fā)育期的JH含量均高于敏感品系XJS。
　　對(duì)棉鈴蟲不同發(fā)育時(shí)期的個(gè)體進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序并拼接，總共獲得了177539個(gè) un

5、igenes，從中鑒定了21個(gè)參與JH合成和代謝的新基因。通過(guò)對(duì)棉鈴蟲體內(nèi)的JHⅢ含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，JHⅢ滴度在2齡、3齡和4齡初期都有一個(gè)小高峰，根據(jù)保幼激素和滴度變化和合成代謝基因的時(shí)間表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，法尼焦磷酸合成酶FPPS4是調(diào)節(jié)JH合成中的關(guān)鍵酶，保幼激素環(huán)氧水解酶JHEH2在JH代謝中發(fā)揮著重要作用。
　　為了分析保幼激素對(duì)發(fā)育的影響，用不同濃度的Methoprene處理棉鈴蟲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2齡和5齡幼蟲對(duì)Methoprene

6、的敏感性較高。低濃度Methoprene處理2齡棉鈴蟲后幼蟲的發(fā)育齡期的延長(zhǎng)0.3-0.8d，2.5μg/μl的Methoprene抑制棉鈴蟲的發(fā)育幼蟲死亡率達(dá)到60%，5μg/μl的濃度處理時(shí)幼蟲的死亡率達(dá)到95%；3齡棉鈴蟲受低濃度激素類似物處理后幼蟲期發(fā)育歷期延長(zhǎng)2d，而幼蟲死亡率在不同濃度的Methoprene處理下變化不大，約為18%-23%，當(dāng)濃度達(dá)到5μg/μl時(shí)，幼蟲死亡率為45%；5齡棉鈴蟲幼蟲對(duì)高濃度Methopre

7、ne敏感，當(dāng)濃度達(dá)到5μg/μl時(shí)，幼蟲死亡率達(dá)到80%。對(duì)Methoprene處理和對(duì)照處理組的5齡幼蟲進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，得到了棉鈴蟲的50481個(gè)unigenes，經(jīng)差異基因分析發(fā)現(xiàn)兩種群上調(diào)表達(dá)的基因有583個(gè),下調(diào)表達(dá)的基因有3833個(gè)。發(fā)現(xiàn)JH代謝和蛻皮激素分子作用機(jī)制的相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，參與JH合成的細(xì)胞色素P450及其他基因下調(diào)表達(dá)。熒光定量結(jié)果進(jìn)一步分析了Methoprene對(duì)JH合成代謝及調(diào)控因子的影響。
　　在轉(zhuǎn)

8、錄組測(cè)序的基礎(chǔ)上，克隆分析了棉鈴蟲JH受體Met，調(diào)控因子Kr-h1以及FTZ-F1基因。Met、Kr-h1及FTZ-F1都具有保守的DNA結(jié)合位點(diǎn)，與其他昆蟲的序列有高度的相似性。熒光定量分析結(jié)果表明Met、Kr-h1和FTZ-F1在棉鈴蟲的整個(gè)發(fā)育歷期都有表達(dá)，幼蟲的變態(tài)前期表達(dá)量較高，蛹期表達(dá)量較低。在成蟲期，Met在雌性成蟲中的表達(dá)量是雄性成蟲的2.5倍，同時(shí)Met和Kr-h1在卵巢，脂肪體內(nèi)高表達(dá)。利用RNA干擾技術(shù)對(duì)這三個(gè)基