沙葱萤叶甲成虫夏滞育分子机理的研究

Diapause is an arrest in growth, development and reproduction in insects that plays an important role in their life histories, and is usually characterized by metabolic depression and enhanced resistance to cold, drought and high temperature. This process can enhance an insect’s survivability in nature and permit lifecycle synchronization with favorable food resources and reproduction opportunity while avoiding unfavorable environmental conditions. Therefore, studying diapause is essential for understanding the development of an insect species, and the understanding of the mechanisms of diapause is also required for the rational utilization of beneficial insects and the development of effective pest management strategies. However, the studies on diapause have been focused on winter diapause, and the knowledge of summer diapause, especially its molecular regulation mechanisms, is much limited. Galeruca daurica is a new pest causing great loses economically and ecologically in the Inner Mongolia grasslands in recent years. This pest aestivates in adult diapause and overwinters in egg diapause. We firstly combine transcriptomic and proteomic analyses to determine main genes, metabolic and signal pathways related to summer diapause in the G. daurica adults, and reveal its molecular mechanisms. This work is helpful not only to reveal its occurrence regulation but also clarify comprehensively the mechanisms of insect diapause.

滞育是昆虫生长、发育、繁殖的停顿状态，在昆虫生活史上有极其重要的作用，昆虫在此阶段通常代谢强度降低，抗寒、抗旱与耐热能力提高，极大地增强了昆虫在自然界的生存能力，滞育还使昆虫避开不利环境条件同时，把昆虫的发育阶段与最有利的食物资源和繁殖时机同步起来。因此，滞育的研究不仅对了解昆虫的发育是必不可少的，而且明确昆虫滞育机理可以为有益昆虫的合理开发利用和害虫的综合治理奠定基础。然而，一直以来滞育研究多集中于冬滞育，对夏滞育、特别是夏滞育的分子机理了解得非常少。沙葱萤叶甲Galeruca daurica是近年来在内蒙古草原上猖獗成灾的一种新害虫，该虫以成虫滞育越夏、以卵滞育越冬。本项目在国内外首次采用转录组和蛋白组学相结合的方法，确定沙葱萤叶甲成虫主要夏滞育关联基因及代谢和信号通路，揭示其成虫夏滞育的分子机理，不仅有助于揭示该虫的发生规律，而且有助于全面了解昆虫滞育的机理。

沙葱萤叶甲是近年来在内蒙古草原上暴发成灾的新害虫，该虫1年发生1代，为专性滞育昆虫，以成虫滞育越夏，以卵滞育越冬。本项目系统地研究了沙葱萤叶甲成虫夏滞育调控的分子机制，不仅有助于揭示该虫的成灾机制，而且有助于全面了解昆虫滞育的调控机理。主要研究结果如下：.1、应用第二代高通量测序技术和iTRAQ技术，分别组建了沙葱萤叶甲成虫3个不同滞育阶段（滞育前期、滞育期及滞育后期）转录组和蛋白组数据库，发现了大量的差异表达基因（蛋白），这些差异表达基因（蛋白）主要富集于碳水化合物代谢、氨基酸代谢、脂肪酸生物合成及核糖体等通路；此外，许多与保幼激素信号和钙离子信号通路以及胁迫响应相关的基因（蛋白）在滞育期间差异表达。.2、应用RACE技术，克隆了编码海藻糖酶、己糖激酶、保幼激素结合蛋白、核糖体蛋白、热激蛋白、表皮蛋白及钙结合蛋白等基因的全长序列；qRT-PCR分析表明，这些基因在沙葱萤叶甲成虫不同滞育阶段差异表达，意味着这些基因可能与沙葱萤叶甲成虫夏滞育调控有关。.3、RNA-Seq和qRT-PCR分析表明，保幼激素类似物methoprene处理促进了保幼激素受体（Met）、保幼激素结合蛋白（JHBP）、卵黄蛋白（Vg）、叉头转录因子（FOXO）和保幼激素早期响应因子（Kr-h1）等基因的表达，而抑制了保幼激素酯酶（JHE）、保幼激素酸甲基转移酶（JHAMT）、保幼激素水解酶（JHEH）和脂肪酸合成酶（FAS）等基因的表达，从而抑制了脂肪的积累，推迟成虫进入滞育。相反，RNAi沉默Met 抑制了JHBP、Kr-h1和Vg的表达，促进了FAS的表达，从而促进了脂肪的积累，诱导成虫进入滞育。说明保幼激素信号通路在沙葱萤叶甲成虫夏滞育中起着重要的调控作用。.4、应用小RNA测序技术组装了沙葱萤叶甲成虫3个不同滞育时期的小RNA数据库，鉴定出222个miRNA，包括135个conserved miRNA和87个novel miRNA，其中30个和13个miRNA分别在进入滞育后和解除滞育后差异表达。KEGG和GO富集分析表明，这些差异miRNA可能主要通过调控保幼激素、核糖体、MAPK及钙离子信号途径在沙葱萤叶甲成虫夏滞育过程中起着关键作用。