烟粉虱糖味觉受体的鉴定及功能研究

Tobacco whitefly Bemisia tabaci (Gennadius) is an important agricultural and ornamental worldwide invasive insect pest, which has strong adaptability to host plants. The gustatory system of insects distinguish nutrients and avoid toxic substances, and plays a crucial role in multiple physiological behaviors involved in feeding selection, identification and adaptation of host plants, courtship, mating and oviposition. Studying for the mode of action and mechanism of the gustatory system in B. tabaci will help to demonstrate the adaptation patterns of major invasive insects with host plants during the spread and migration. In this project, sugar gustatory receptors (Grs) will be screened and identified based on cloning of the gustatory receptor gene family in B.tabaci. Expression characteristic of sugar Grs will be checked by quantitative real-time PCR. The subcellular localization of sugar Grs will be detected by immunofluorescence. Function of sugar Grs will be studied by in vitro/in vivo experiments, RNAi technology, probing and feeding behaviors. The interaction of sugar Grs with different sugar compounds will be analyzed. Effect of sugar Grs on the growth, development and reproduction of B. tabaci will be evaluated finally. The results will provide a theory for host adaptation mechanism of B. tabaci, which is help for understanding population invasion and expansion based on gustatory system, and also provide novel gene resources and potential targets for pest control.

烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius)是世界性分布的重要农林入侵害虫，有较强的寄主植物适应能力。昆虫利用味觉感受系统区分营养物质并避开有毒物质，在取食选择、对寄主植物的识别和适应、求偶、交配和产卵等行为过程中起着重要作用。对烟粉虱味觉感受系统作用模式和机理的阐释，将有助于揭示重大入侵生物在其种群扩散和迁徙过程中对寄主植物的适应规律。本项目在克隆烟粉虱味觉受体基因家族的基础上，筛选鉴定出烟粉虱的糖味觉受体基因，采用实时荧光定量技术，明确其表达特征；利用味觉感器定位、体外/体内功能实验、RNAi技术以及刺吸取食行为分析等手段，对其功能进行解析，深入研究糖受体及其与糖类化合物的互作以及对烟粉虱发育和繁殖的影响。研究结果将对揭示烟粉虱对寄主植物的适应机制和认识其种群入侵和扩张机理提供理论依据，也将为害虫防治提供新的基因资源和潜在作用靶标。

烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius)是世界性分布的重要农林入侵害虫，有较强的寄主植物适应能力。昆虫利用味觉感受系统区分营养物质并避开有毒物质，在取食选择、对寄主植物的识别和适应、求偶、交配和产卵等行为过程中起着重要作用。对烟粉虱味觉感受系统作用模式和机理的阐释，将有助于揭示重大入侵生物在其种群扩散和迁徙过程中对寄主植物的适应规律。本项目在烟粉虱MED隐种基因组中鉴定到10个味觉受体基因, 在烟粉虱MEAM1隐种基因组中鉴定到20个味觉受体基因。采用实时荧光定量技术，明确了味觉受体基因在烟粉虱不同发育期和成虫不同组织中的表达特征：在烟粉虱MEAM1隐种中，结合基因表达量的热图及关键基因的组织表达谱分析结果显示，GR1、GR3、GR12、GR19和GR20主要在烟粉虱雌雄成虫头部高表达，GR2和GR16主要在雌雄成虫腹部高表达；在烟粉虱MED隐种中, BtabGR1在雌成虫中高表达，BtabGR3、5、8、10在雄成虫中高表达；BtabGR1、2、9在成虫头部高表达，BtabGR4在雄虫足部高表达，BtabGR10在雄虫腹部显著高表达，其中GR2与其它昆虫GR43a-like受体聚为一支,GR43a-like在多种昆虫具有识别感受果糖的能力。克隆获得烟粉虱MED隐种BtabGR1和BtabGR2基因序列（GenBank 登录号：OL845904和OL845905），具有4个和6个跨膜结构域，与其它半翅目昆虫GR28b和GR43a-like基因亲缘关系较近。采用薄膜饲喂法研究了烟粉虱MED隐种取食不同糖（海藻糖、葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖）后糖味觉受体基因表达量的变化，GR1基因在雄成虫取食果糖中表达量最高，其次为雌成虫取食葡萄糖；GR2基因在雌成虫取食果糖中表达量最高，其次为雄成虫取食果糖。克隆获得了烟粉虱MEAM1隐种GR11和GR19两个味觉受体的全长cDNA ，qRT-PCR结果显示GR11和GR19在烟粉虱雌雄成虫头部和胸部均高表达。异源表达烟粉虱味觉受体基因BtGR11的非洲爪蟾卵母细胞对蔗糖有较强的识别反应，进一步利用RNAi沉默BtGR11发现可抑制烟粉虱雌虫对蔗糖的取食。研究结果将对揭示烟粉虱对寄主植物的适应机制和认识其种群入侵和扩张机理提供理论依据，也将为害虫防治提供新的基因资源和潜在作用靶标。