脱饱和酶在甜菜夜蛾和斜纹夜蛾性信息素分化中的作用机制研究

Sex pheromone is a species-specific chemical language in insects, which can play an important role in mating, breeding, and reproductive isolation among species. Research that aims to elucidate the distinct mechanisms of sex pheromone component biosynthesis and regulation between closely related species of insects has important scientific significance and application value. Spodoptera exigua and S. litura are sibling moth species, and the major sex pheromone components in these species are Z9, E12-14:OAc and Z9, E11-14:OAc, respectively. The only difference in these components is the position of the second double bond. Some studies showed that the desaturase gene is responsible for the formation of double bonds during sex pheromone component biosynthesis. Whether the difference in enzymatic properties is due to the sequence variations of desaturase genes under the environmental selection? Or because the same desaturase genes selectively expressed in different insects? Using comparative transcriptomics, eukaryotic expression, RNA interference, enzyme activity assay and the other technologies, this study aimed to determine differences in the desaturase genes of S.exigua and S.litura, and the role of the desaturase gene in sex pheromone differentiation in these two sibling species. The findings might contribute to the elucidation of the mechanism of sex pheromone differentiation between sibling species, and also provide a scientific basis for the development of new and efficient pest behavior-control techniques.

性信息素是昆虫两性个体间具有种特异性的化学语言，对于昆虫交配、繁衍及种间生殖隔离至关重要，研究昆虫近缘种间性信息素合成及调控的分化机制具有重要的科学意义和应用价值。甜菜夜蛾和斜纹夜蛾为同属姐妹种，其性信息素主组分分别为Z9,E12-14:OAc、Z9,E11-14:OAc，唯一不同的是第二个双键的位置。研究表明脱饱和酶基因负责昆虫性信息素成分中双键的合成，这两个姐妹种主要性息素双键位置的不同究竟是由于环境的选择导致脱饱和酶基因发生变异进而引起酶学特性的改变？还是因为相同脱饱和酶基因在不同昆虫中选择性表达的结果？本项目拟采用比较转录组学、真核表达、RNA干扰及酶活分析等方法进行综合研究，以期明确两个姐妹种性信息素腺体中脱饱和酶基因的差异及其在两者性信息素主组分分化中的作用。研究结果不仅有助于从分子水平解析姐妹种间性信息素的分化机制，也为设计和开发新型、高效的害虫行为调控技术提供科学指导。

性信息素是昆虫两性个体间具有种特异性的化学语言，对于昆虫交配、繁衍及种间生殖隔离至关重要，研究昆虫近缘种间性信息素合成及调控的分化机制具有重要的科学意义和应用价值。目前理论认为脱饱和酶基因（Des）负责昆虫，尤其是蛾类性信息素组分中双键的形成，因此在昆虫性信息素复杂结构形成中起重要作用。甜菜夜蛾和斜纹夜蛾为同属姐妹种，其性信息素主组分分别为Z9,E12-14:OAc、Z9,E11-14:OAc，唯一不同的是第二个双键的位置，导致这种差异的分子机制是什么？本项目通过转录组分析、定量PCR、体外真核表达、GC-MS分析、RNAi和CRISPR/Cas9等实验技术对上述问题进行研究。主要研究结果有：1）获得甜菜夜蛾和斜纹夜蛾PG转录组数据（分别含有38,320、42,646个基因序列），在此基础上分别得到10、12个Des基因序列；2）时空分布发现甜菜夜蛾和斜纹夜蛾中分别有10、6个Des具有PG高或特异表达的特点，其中各有2个基因的动态表达水平与求偶节律存在相关性；3）体外表达结合GC-MS发现SexiDes5和SlitDes5同时具备脱去碳链中11和12位氢原子的功能，暗示这2个基因与二者性信息素主组分双键位置的差异性有关；4）CRISPR/Cas9介导的SlitDes11缺失表达则显著降低了斜纹夜蛾3种主要性信息素组分的滴度。这些发现为解析甜菜夜蛾和斜纹夜蛾性信息素分化的分子机制提供了理论基础，同时也可将Des作为新靶标基因用于今后开发绿色环保型害虫行为干扰剂。