三种盲蝽性信息素外周编码的分化机制

Mirid bugs are a group of the important pests on cotton in China and cause a great amount of production lost in the fields. Due to the wide application of sex pheromones in the control of insect pests, extensive studies were focus on the isolation and identification sex pheromones in mirid bugs. According to our current understanding, many mirid bugs produced the same compositions but with the different proportions of sex pheromone components, which made it an ideal material to study the mechanism of pheromone reception in insects in addition to the lepidoptera. In our previous studies, we identified pheromone receptors from three species of mirid bugs including Apolygus lucorum, Adelphocoris lineolatus, A. suturalis and discovered one pheromone receptor was functional divergent in the three different species. To further unravel of the molecular and neural coding mechanisms of pheromone peripheral in these three species, we will 1) predict and identify the candidate pheromone receptors using transcriptome sequencing and bioinformatics analysis; 2) analyze the function of the pheromone receptors in vitro; 3) study the distribution, quality and function of peripheral nerve system participated in sex pheromone detection using single-sensillum recording, so as to uncover the molecular and neural network of pheromone peripheral coding in these three species and eventually elucidate their differentiation mechanism by which the mirid bugs can specifically recognize its mate. Moreover, this study will provide a theoretical basis on which we can screen effective sex attractant or mating disturbance agents at molecular and neural level for better control of the pests.

由于盲蝽的巨大危害和性信息素在害虫防治中的重要应用价值，人们在其性信息素的分离和鉴定方面进行了大量研究。现有的研究发现很多盲蝽的性信息素成分相同，但是比例不同。盲蝽的这一特征使其成为研究非鳞翅目昆虫性信息素识别机制的理想材料。申请人在前期研究中对我国重要农业害虫绿盲蝽、苜蓿盲蝽和中黑盲蝽的性信息素受体进行了鉴定，初步的功能研究发现一个性信息素受体存在功能分化。在此基础上，本研究将对三种盲蝽性信息素外周编码的分子和神经机制进行深入研究：采用转录组测序和生物信息学分析鉴定候选的性信息素受体；通过体外功能研究，确定三种盲蝽性信息素受体功能；通过单细胞记录，明确三种盲蝽性信息素受体神经的功能、分布和数量。建立三种盲蝽性信息素外周编码的分子和神经图谱，阐明盲蝽雌雄识别高度特异性的分子和神经机制，为下一步以物种特异的性信息素受体和受体神经为靶标筛选特异的性诱剂和交配干扰剂奠定基础。

盲蝽是一类重要的农业害虫，每年都给我国和世界农业生产造成巨大损失。由于盲蝽的巨大危害和性信息素在害虫防治中的重要应用价值，人们在其性信息素的分离和鉴定方面进行了大量研究。现有的研究发现很多盲蝽的性信息素成分相同，但是比例不同。盲蝽的这一特征使其成为研究非鳞翅目昆虫性信息素识别机制的理想材料。但此前尚无对盲蝽的性信息素识别及其分化机制的报道。本项目中我们对绿盲蝽、苜蓿盲蝽和中黑盲蝽三种我国重要的盲蝽类害虫的性信息素外周编码的分子和神经机制进行了深入研究。我们完成了绿盲蝽基因组，苜蓿盲蝽和中黑盲蝽触角转录组的测序和分析，通过系统发育分析对三种盲蝽的性信息素受体进行全面预测和鉴定。通过爪蟾卵母细胞表达结合双电极电压钳记录技术检测了苜蓿盲蝽和中黑盲蝽的性信息素受体对盲蝽性信息素组分的反应，确定了它们对性信息素成分的反应强度和灵敏度，明确了三种盲蝽识别性信息素的分子机制。利用单细胞记录技术检测了三种盲蝽毛形感器对其性信息素组分的反应，明确了三种盲蝽的毛形感器可以被性信息素组分激活。通过对绿盲蝽、苜蓿盲蝽和中黑盲蝽性信息素受体和神经功能的系统比较，确定了三种盲蝽性信息素受体的功能分化模式，明确了三种盲蝽性信息素外周编码分化的分子和神经机制。受本项目资助共发表SCI论文8篇，发表中文核心期刊论文2篇。获得国家发明专利授权2项，另外还申请国家发明专利授权2项，圆满完成了本项目的研究目标。