改良人工饲料对蠋蝽生物学及蛋白质组的影响

The insect predator, Arma chinensis, is capable of effectively controlling many pests, such as Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata), cotton bollworm (Helicoverpa armigera), and fall webworm (Hyphantria cunea). The expensive conventional rearing methods make the use of beneficial insects economically unattractive. However, an ideal artificial diet may considerably reduce the costs of mass propagation of beneficial insects. The current strategy for diet development is to measure some physiological or biochemical parameter in order to quantify the effect of changes in the diet formulation on the insect’s performance, which is time-consuming, and many attempts end in failure. Nutrigenomics, a directed method that can provide a more informative feedback in order to target deficiencies, may accelerate the diet formulation improvement. We have developed a meridic diet without any insect ingredient for continuous rearing of A. chinensis. But several life history parameters were diminished for A. chinensis reared on this artificial diet compared to Antheraea pernyi pupae. This artificial diet has been improved according to the transcriptome data. The fitness parameters of A. chinensis fed on this improved diet will be observed in this research project. iTRAQ (isobaric tags for relative or absolute quantitation) will be used to analyze the global and comparative proteomic profiling of A. chinensis fed on improved artificial diet and A. pernyi pupae, which will make us know more effect of improved artificial diet on the fitness of A. chinensis. In addition, the performance of A. chinensis fed on the suboptimal artificial diet, optimized according to the comparative proteomic profiling, will be studied. The purpose of this research project is to provide scientific evidence for improving artificial diet and mass rearing of beneficial insects.

蠋蝽对棉铃虫、马铃薯甲虫、美国白蛾等农林害虫有较好的控制作用，是一种重要的天敌昆虫。传统的天敌昆虫饲养方法成本高昂，使得生物防治难于大范围推广。理想的人工饲料可以大大减少天敌扩繁的费用。目前应用生理生化的方法改良饲料配方的进程较慢，而营养基因组学可以加速人工饲料的改良。申请人已研制出蠋蝽无昆虫成分人工饲料，并对取食人工饲料和柞蚕蛹的蠋蝽转录组进行了分析，根据转录组结果已经对人工饲料进行了改良。本项目拟以营养-生物学-蛋白质组-人工饲料二次改良为主线，用改良人工饲料饲喂蠋蝽，并对其生物学特性进行评价；运用iTRAQ技术，对取食不同营养的蠋蝽蛋白质组进行比较分析，以期全面深入地阐明营养对蠋蝽适合度影响的分子机理；根据蛋白质组结果对人工饲料进行二次改良，为研制出更为优良的人工饲料提供科学依据。

天敌昆虫人工饲料研究遇到的一个重要瓶颈就是如何对人工饲料配方进行快速而准确地改良。目前已有的利用生物学或生理生化参数、数学模型或正交试验设计来改良人工饲料所取得的成效有限。营养基因组学是检测营养是如何影响基因表达模式的一种科学，它不仅能衡量昆虫对饲料配方的反应，而且还可以提供更加宽泛而有益的饲料缺陷的相关信息，可以更快、更直接地优化人工饲料。申请人前期已研制出天敌昆虫蠋蝽无昆虫成分人工饲料，并已对取食人工饲料的蠋蝽转录组进行了测序分析。在本项目中，申请人对取食人工饲料的蠋蝽饲养成本进行了分析，由于取食人工饲料的蠋蝽发育历期延长、产卵量下降，因此取食人工饲料的蠋蝽饲养成本为取食柞蚕蛹的2倍。根据转录组结果对人工饲料进行改良后，与取食原人工饲料相比，取食改良人工饲料的蠋蝽一龄到四龄若虫体重增加，卵自残率下降，成虫自残率下降。随后，利用iTRAQ方法对取食改良人工饲料的蠋蝽蛋白质组进行了测序分析，共鉴定到5809个蛋白，其中可定量蛋白4904个。与取食柞蚕蛹的蠋蝽成虫处理相比，取食改良人工饲料的蠋蝽成虫处理中有319个蛋白上调表达，141个蛋白下调表达。与取食柞蚕蛹的蠋蝽若虫处理相比，取食改良人工饲料的蠋蝽若虫处理中有347个蛋白上调表达，292个蛋白下调表达。同时进行了差异表达蛋白的功能分类及功能富集等分析，挖掘出人工饲料改良的蛋白质组学数据。根据蛋白质组结果对人工饲料进行了二次改良。通过连续六代饲喂试验发现，与取食改良人工饲料的蠋蝽相比，取食二次改良人工饲料的蠋蝽二龄到五龄若虫体长显著增加，雌成虫寿命延长3-7天，雄成虫寿命延长1-9天，产卵量比对照组提高了大约8.3%。该项目研制出了更为优良的人工饲料，为天敌昆虫人工饲料改良提供了蛋白质组学参考，并从蛋白质组水平全面深入地阐明了营养对蠋蝽适合度影响的分子机理。但是，与天然猎物相比，该人工饲料尚有改良的空间，以后需要进一步从代谢组学水平进行更深入的数据挖掘研究。