褐飛虱眼色分化機(jī)制初探及對(duì)生物學(xué)特性的影響分析.pdf

1、復(fù)眼是昆蟲(chóng)接收信號(hào)和與外界溝通的重要感覺(jué)器官之一，對(duì)昆蟲(chóng)的取食、避敵和求偶等行為具有重要作用。復(fù)眼中的色素能夠選擇性吸收和反射自然界的光，使復(fù)眼呈現(xiàn)各種不同的顏色，這是昆蟲(chóng)重要的生物學(xué)特征之一。
　　在室內(nèi)長(zhǎng)期飼養(yǎng)的野生品系中偶爾可見(jiàn)眼色變化個(gè)體。目前，已有報(bào)道稱(chēng)在雙翅目、膜翅目、鱗翅目和半翅目的40多種昆蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了自然眼色的改變，變化后的眼色包括紅色、白色、杏黃色和紫色等。其中，紅色和白色最為常見(jiàn)。復(fù)眼顏色的改變可能會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)某

2、些生理機(jī)能和生物學(xué)特性的改變。
　　本實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)長(zhǎng)期飼養(yǎng)的褐飛虱褐眼品系中出現(xiàn)了紅眼個(gè)體。本文對(duì)紅眼個(gè)體與褐眼個(gè)體進(jìn)行交配、篩選、純化，建立了褐飛虱紅眼品系。以這兩個(gè)品系為材料，研究褐飛虱眼色變化對(duì)其生物學(xué)特性的影響以及這種變化的生化和分子機(jī)制。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　一、褐飛虱紅眼品系的建立及生物學(xué)特性研究
　　2009年本實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的褐飛虱褐眼品系中，發(fā)現(xiàn)了紅眼的雌成蟲(chóng)，經(jīng)分離純化得到紅眼品系。其復(fù)眼的顏色

3、，從1齡若蟲(chóng)到成蟲(chóng)都表現(xiàn)為明顯的紅色。本文以褐眼品系和紅眼品系為材料，以不同組合方式進(jìn)行交配（♀×♂:B×B、B×R、R×B、R×R），統(tǒng)計(jì)后代初孵若蟲(chóng)數(shù)和未孵化卵數(shù)，計(jì)算產(chǎn)卵量和卵孵化率，并收集培養(yǎng)若蟲(chóng)計(jì)算其成活率，研究眼色變化對(duì)褐飛虱生物學(xué)特性的影響。研究結(jié)果表明，兩個(gè)品系在單雌產(chǎn)卵量、卵孵化率、3-5齡若蟲(chóng)的成活率等方面沒(méi)有顯著差異;而在1-3齡若蟲(chóng)成活率方面，紅眼品系顯著低于褐眼品系(P＜0.05)。收集體重相近的不同品系個(gè)體的

4、蜜露計(jì)重，研究褐飛虱眼色變化后其致害性的變化，褐飛虱褐眼品系的單雌蜜露分泌量為0.1018±0.0265mg，紅眼品系為0.0904±0.0283mg，兩個(gè)品系的蜜露分泌量沒(méi)有顯著差異，這說(shuō)明眼色變化不會(huì)影響褐飛虱的取食。
　　此外，眼色作為一種明顯的遺傳標(biāo)記，可用于交配行為學(xué)的研究。本文以褐飛虱的紅眼為標(biāo)記，分別以RR×RR&BB、RR&BB×RR（♀×♂）兩種交配組合方式研究褐飛虱雌、雄蟲(chóng)能否進(jìn)行多次交配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，褐飛虱

5、雌、雄蟲(chóng)都可以進(jìn)行多次交配，且雄蟲(chóng)的多次交配能力更強(qiáng)。
　　二、褐飛虱紅眼表型遺傳規(guī)律及生化機(jī)制研究
　　褐飛虱的眼色變化是一種可遺傳的改變。通過(guò)設(shè)計(jì)一系列的雜交實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)后代眼色分離比，研究這種變化的遺傳規(guī)律。研究結(jié)果表明:正交或反交的F1代眼色全部為褐眼;F1代自交子代F2代眼色分離比均接近3∶1（褐眼∶紅眼）;F1與親本回交子代Ft代眼色分離比接近1∶1（褐眼∶紅眼）;褐眼與紅眼品系內(nèi)自交子代眼色與親本相同。這說(shuō)明褐飛

6、虱紅色復(fù)眼的眼色遺傳是由1對(duì)等位基因控制的常染色體隱性遺傳，完全符合孟德?tīng)柍Ｈ旧w隱性遺傳學(xué)規(guī)律。
　　測(cè)定不同交配組合（♀×♂:B×B、B×R、R×B、R×R）子代的色素含量，結(jié)果表明，無(wú)論是雌蟲(chóng)還是雄蟲(chóng)，褐飛虱紅眼個(gè)體(R×R)中眼黃素和蝶啶含量都低于褐眼個(gè)體(B×B)，R×R組合在雌、雄蟲(chóng)中的眼黃素含量分別只占B×B組合的36.3％和67.4％，蝶啶含量分別占73.4％和70.9％。兩種色素水平下降及比例變化可能是褐飛虱眼色

7、變化的生化基礎(chǔ)。
　　三、眼黃素合成酶及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)基因的序列多態(tài)性及表達(dá)量分析
　　色氨酸加氧酶(TO)基因vermilion、犬尿氨酸3-羥化酶（KMO）基因cinnabar是眼黃素合成途徑（色氨酸途徑）中的兩個(gè)重要的基因，white和scarlet基因分別編碼ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白White和Scarlet，它們跨膜運(yùn)輸眼黃素和/或其前體。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物和特異性引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，得到上述基因的片段。由已獲得的基因推導(dǎo)的氨基酸序

8、列與其他昆蟲(chóng)相比，具有高度的相似性。選取一定量的紅眼和褐眼試蟲(chóng)，進(jìn)行單頭序列比對(duì)，在scarlet基因上發(fā)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的突變位點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有得到該基因全長(zhǎng)，所以以黑腹果蠅（Drosophilamelanogaster）的scarlet基因?yàn)閰⒄?，將該位點(diǎn)表示為M131I。
　　以基因克隆得到的序列為依據(jù)，設(shè)計(jì)特異性引物，進(jìn)行熒光定量PCR。定量結(jié)果顯示，色氨酸加氧酶基因vermilion和編碼ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Scarlet的scarle