甜菜夜蛾性信息素的应用及其激活肽基因的克隆与表达研究

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甜菜夜蛾是世界性重要害虫。近年来在我国的发生频率越来越高,危害越来越重。甜菜夜蛾性信息素具有灵敏度高、不伤害天敌、不污染环境和种专一性,这些特性可以用来监测和诱杀甜菜夜蛾。近年来,国内外对甜菜夜蛾的性信息通讯系统进行了广泛的研究。但是在我国,利用性信息素监测和防治甜菜夜蛾的研究还不够深入和系统,存在着诱捕器设计简陋、诱捕效率低和诱芯成本高、持效期短等问题,对甜菜夜蛾性信息素激活肽(PBAN)基因研究在国际上还是空白。对这些方面的研究不仅可以阐明甜菜夜蛾对性信息素的行为反应的本质原因,而且可以提高性信息素的利用效率和提高对甜菜夜蛾的诱杀效果。对甜菜夜蛾PBAN基因的研究,为研究性信息素合成、调控机制和找到简单人工合成性信息素的方法打下基础,为广泛、经济、有效地应用性信息素防治甜菜夜蛾提供理论依据。本文研究了甜菜夜蛾性信息素的两主要成分的最佳配比、制作了效果好、持效期长的缓释诱芯;设计出一种诱捕效率高的诱捕器;克隆了甜菜夜蛾PBAN基因,并进行了表达研究。结果如下: 人工合成的甜菜夜蛾性信息素两组分Z9,E12-14:Ac和Z9-14:OH按不同配比制成诱芯,在风洞中均能引起雄蛾索寻气迹、定向飞行及接近诱芯的行为反应。结果表明,在所试验的5种不同配比中,不同剂量诱芯,Z9,E12-14:Ac和Z9-14:OH按7:3组合在一起,诱虫活性最强,表现在风洞中,索寻气迹、定向飞行和接近诱芯的蛾量最高,与处女蛾的引诱效果相当。在田间诱捕试验中,诱到的蛾量随诱芯中两组分比例不同而变化,Z9,E12-14:Ae和Z9-14:OH按7:3组合的诱捕量最大,与风洞的试验结果基本一致,对在风洞中接近诱芯的蛾量与田间的诱蛾量进行分析,二者密切相关。性信息素两组分比例均为7:3的诱芯,田间诱蛾效果与风洞试验存在差异,低剂量在风洞中的有较好的诱虫活性,而在田问诱虫效果不好。过高剂量在风洞中和在田间的诱蛾效果均不理想。 以玉米粉、大豆粉和花生油为载体,对甜菜夜蛾性信息素有缓释作用。BHT抗氧化剂能延长性信息素诱芯的诱虫效果。根据以上研究结果,制作了成本较低、持效期长的甜菜夜蛾性信息素诱芯。 根据甜菜夜蛾成虫飞行的生物学行为,设计出了一种结构合理、使用方便的实用新型诱捕器。特点是其伞形盖体为绿色、诱芯筐为黄色、贮虫器为绿色或土色,组合后似植物开花时的模拟。无色透明“十”字挡板,与甜菜夜蛾成虫及类似夜蛾科昆虫成虫飞行行为结合,使之认为无障碍而飞舞,触壁后而下落。 在田间诱蛾试验表明,该种诱捕器诱虫效率高于常用的水盆诱捕器和美国的Unitrap诱捕器。在使用过程中,操作简单、在能保证诱芯的充分散发的同时,能避免阳光直射诱芯、雨水冲刷和一些环境因子的影响,可周年使用。 甜菜夜蛾两种性信息素诱捕系统与频振灯诱捕系统相比,所诱到的成虫消长动态规律基本一致。自制性信息素诱捕系统、水盆性信息素诱捕系统和频振灯诱捕系统的平均诱虫量变化趋势紧密相关,相关系数分别为r<,1>=0.95036,r<,2>=0.93455,r<,3>=0.85320。但是,两种性信息素诱捕系统的诱蛾量高于频振灯,自制诱捕系统与频振灯差异显著(p<0.05)。在田间防治试验中,自制诱捕器与自制诱芯组合处理的平均诱蛾量为最高;高于IJnitrap与自制诱芯组合;显著高于水盆与硅橡胶诱芯组合(p<0.05)。自制诱捕器与自制诱芯组合处理的落卵量比对照减少67.26%,Unitrap与自制诱芯组合落卵量减少63.99%;水盆与硅橡胶诱芯组合落卵量减少47.32%,显著低于前二者。大量诱捕技术对甜菜蛾的防治是有效的,它使得处理区内的幼虫量发生量均明显降低。自制诱捕器与自制诱芯组合的幼虫量比对照减少65.98%,Unitrap与自制诱芯组合幼虫量减少63.52%;水盆与硅橡胶诱芯组合幼虫量减少53.58%,该区内有虫量显著高于前二者。从甜菜夜蛾脑-食道下神经节(SG)提取总RNA通过RT-PCR方法克隆甜菜夜蛾PBAN基因,获得编码PBAN的cDNA全长序列,为774bp,其开放阅读框架576bp,编码192个氨基酸,在GenBank中序列号为AY495967。该基因除编码PBAN外,还编码DH类似物和α、β、γ三种神经肽。在33个氨基酸残基的PBAN中,C-末端具有FSPRL的五肽序列,紧接着是GGR蛋白质酶切位点。甜菜夜蛾的PBAN和其他4种肽均与其他夜蛾科昆虫有高度的同源性。 通过RT-PCR获得甜菜夜蛾性信息素合成激活肽基因(PBAN)片段,进行同位素标记,以此为探针进行Northern杂交,在转录水平上对甜菜夜蛾性信息素合成激活肽基因在雌蛾体内不同发育时期表达进行了研究。结果表明,该基因在同一蛾龄的不同时间之间和在不同蛾龄之间的表达量均有差异。明确了PBAN基因在不同时期的表达,推测了PBAN基因的表达与功能的关系。 成功地对甜菜夜蛾PBAN基因进行了非蛹合和蛹合表达。经17%SDS-PAGE电泳后的结果表明,经IPTG诱导后的p/PBAN菌体特异地表达22kD条带的蛋白。经IPTG诱导后的p/PBAN菌体特异地表达48kD条带r的蛋白,PBAN基因在p上表达量较高,但经检测,重组蛋白大都形成包涵体,诱导温度低时,可以得到少量的可溶性蛋白,为其功能研究打下了基础。
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