普通气味结合蛋白在梨小食心虫嗅觉识别中的功能研究

Oriental fruit moth, Grapholita molesta (Busck), is a key pest of stone fruit throughout the world. Monitoring of G. molesta relies predominantly on pheromone trapping of male moths. However, the flight performance of this species exhibits marked sexual differences. In the field, female G. molesta are capable of making inter-orchard flights. This can pose a serious threat to other orchards. Therefore, a strategy for monitoring female moths, based on host plant volatiles, is desirable. It is widely believed that General odorant binding proteins (GOBPs) play an important role in the host recognition of insects. However, it is unclear whether the GOBPs of insect involved in both intraspecific and interspecific chemical communication. Our preliminary findings show that the high transcript levels of GOBP1and GOBP2 in G. molesta were detected at the end of photophase and during scotophase. This time is correlated with the mating and oviposition of G. molesta. In present study, we will further measure the ligand-binding specificities of GmolGOBPs with pheromones and host plant volatiles and investigate the mode of the binding interaction and the physiological function of GmolGOBPs in the detection of the compounds. This study not only have a great significance in elucidating the physiological function of GOBPs in insect chemical communication, but also be important to provide guidance for screening of plant volatiles regulating adult G. molesta behavior and facilitating the design of novel control strategies against G. molesta.

梨小食心虫是世界性的果树害虫，当前主要用性信息素诱捕雄蛾进行监测，但雌蛾的飞行能力显著强于雄蛾，尤其孕卵雌蛾可长距离迁飞至其它果园为害，有必要发展基于寄主挥发物的雌蛾监测技术。普遍认为普通气味结合蛋白在昆虫对寄主挥发物的嗅觉识别中起着重要作用，但在昆虫体内，该类蛋白是否同时参与昆虫与寄主植物及昆虫两性间的嗅觉识别尚不清楚。申请人前期研究结果发现，梨小食心虫2个普通气味结合蛋白基因的上调表达时间与该虫交配和产卵的时间相吻合。为此，本项目拟在此基础上，进一步测定梨小食心虫普通气味结合蛋白与性信息素和寄主挥发物的结合能力，分析普通气味结合蛋白结合不同气味分子的模式和具体生理功能，探明普通气味结合蛋白在梨小食心虫嗅觉识别中的功能角色。研究结果不仅有助于明确昆虫普通气味结合蛋白的生理功能，丰富昆虫嗅觉感受机制，而且对于快速筛选调节梨小食心虫成虫行为的寄主挥发物，制定合理的综合治理策略有重要参考价值。

采用荧光竞争结合实验测定了梨小食心虫普通气味结合蛋白（GmolGOBP1和GmolGOBP2）与该虫的性信息素和寄主植物挥发物的结合特性。结果表明：GmolGOBP1既能与寄主植物挥发物中的癸烷和十四烷结合又能与其性信息素组分顺-8-十二碳烯醇和乙酸-反-8-十二烯酯结合；GmolGOBP2与供试的寄主植物挥发物气味配体的结合能力较弱，但是与梨小食心虫的信息素组分十二烷醇的结合常数Ki为1.22μm，表现出极高的结合能力。同时，采用同源建模和分子对接方法预测了GmolGOBP2与性信息素组分十二烷醇的结合模式。结果表明，GmolGOBP2与性信息素组分十二烷醇的结合的关键氨基酸位点是Thr9、Val111和Val114。采用定点突变技术将该蛋白的3个可能结合位点都突变为Ala与野生型的GmolGOBP2相比，突变T9A与十二烷醇的结合能力大大降低，表明Thr9是GmolGOBP2结合十二烷醇的关键氨基酸位点。鉴于此，我们可以确定梨小食心虫普通气味结合蛋白确实参与了该虫性信息素组分的识别结合。众所周知，性信息素结合蛋白（PBPs）特异性结合昆虫的性信息素，但我们实验室对梨小食心虫的GmolPBP2和GmolPBP3研究发现：这两个PBPs均可结合普通气味分子。为了完整的研究该家族中5个蛋白功能，在本项目的资助下我们进一步研究了GmolPBP1的功能特点。结果表明，GmolPBP1和其他两个PBPs一样均可结合普通气味分子，只不过GmolPBP1在结合性信息素组分时表现出自己的特点，它可以特异性结合苹果蠹蛾的性信息素组分Codlemone，这在一定程度上揭示了为什么Codlemone可以增效梨小食心虫信息素对其成虫引诱效果。综述所述，可以看出我们长期以来对GOBPs/PBPs家族功能角色的认识（GOBPs特异性结合普通气味分而PBPs特异性结合性信息素分子）已经出现偏差，我们应该根据各个蛋白的实际功能进行科学归类。因此本研究不仅有助于我们明确这个家族蛋白在梨小食心虫嗅觉识别中的功能角色，而且对于重新定义昆虫GOBPs\PBPs家族各成员的功能有重要意义。此外，本课题组除了完成预定任务外，在本项目的支持下还研究了2种昆虫触角感器的形态、类型和分布情况，以及1中昆虫的嗅觉神经元膜蛋白的分子生物学特征。