华山松大小蠹神经肽NPF基因调控取食和卵发育的分子机制

The Chinese white pine beetles specifically invade the Chinese white pine and population density relative stability in the Qinling Mountain, little is known especially about neuropeptide F regulation on nutrient accumulation and ovarian development during the process of Chinese white pine beetle invasion and destruction. Based on the population dynamics, host selection, structure of the digestive tract and spermatogenesis of Chinese white pine beetle, the research project will adopt the functional genomics, biochemistry and molecular biology technologies, to analyze Chinese white pine beetle transcriptomics under different physiological states, Chinese white pine beetle NPF identification, synthesis and immunohistochemical localization, relationship between specific NPF gene expressions and nutrient accumulation and ovarian development and regulation mechanism of specific NPF on Chinese white pine beetle ovarian development. The regulatory functions of neuropeptides F in nutrient accumulation and have scientific significance and theoretical vales for explaining the population regulation and host selection of Chinese white pine beetles, and providing the scientific basis for the bark beetles pest management.

本研究针对华山松大小蠹对寄主华山松入侵的单一性和种群密度相对稳定性，特别是华山松大小蠹入侵和危害过程中神经肽NPF基因对营养积累、卵发育的调控作用研究的空白，在系统研究华山松大小蠹种群动态、寄主选择、消化道结构和精子发生等基础上，应用功能基因组学、生物化学和分子生物学等技术，通过对华山松大小蠹不同生理状态NPF基因转录组分析，华山松大小蠹特定NPF的鉴定、合成与免疫组织定位，华山松大小蠹特定NPF基因表达水平与取食、营养积累的关系，华山松大小蠹特定NPF对卵巢发育主要调控机制的研究，揭示神经肽NPF基因对华山松大小蠹营养积累和卵发育的调控作用，具有重大的科学意义和理论研究价值，将对小蠹类森林害虫的种群繁衍、寄主选择和种群密度调控提供科学依据。

小蠹虫类森林害虫的种群动态、发生机制始终是国内外高度重视和亟待解决的重大科学问题，研究华山松大小蠹神经肽NPF基因调控取食和卵发育的分子机制是揭示华山松大小蠹种群数量动态和实施有效控制的关键环节之一。本项目通过对华山松大小蠹不同生理状态NPF基因转录组分析，华山松大小蠹NPF的鉴定、合成与免疫组织定位，华山松大小蠹NPF基因表达水平与取食、营养积累的关系，以及华山松大小蠹NPF对生长、发育和变态的调控机制等研究。明确了DaNPF、DaNPFR1、DaSKR、DaILP1、DaCapaR1、DaAST等14条基因与华山松大小蠹营养摄取和利用、生长发育、保幼激素和蜕皮激素合成密切相关；华山松大小蠹神经肽DaNPF、DaNPFR1、DaSKR、DaILP1、DaCapaR1、DaAST等基因不仅直接参与华山松大小蠹营养的吸收，调控华山松大小蠹糖原、海藻糖、游离脂肪酸等营养物质和抗性物质的代谢，而且在华山松大小蠹的生长、发育和变态中发挥着重要的作用；华山松大小蠹神经肽DaAST基因显著抑制保幼激素合成路径关键限速酶DaHMG-R和DaJHAMT等基因的表达，使华山松大小蠹蛹的生存率、羽化率降低，成虫畸形率增高；神经肽DaCapaR基因诱导华山松大小蠹耐寒相关基因的表达和抗冻保护物质的代谢，从而提高华山松大小蠹越冬幼虫存活率；华山松大小蠹DaNPF、DaNPFR1、DaSKR、DaILP1、DaCapaR1、DaAST等基因的表达与保幼激素和蜕皮激素合成路径关键基因具有发育阶段、时间和空间的协调性，并激活华山松大小蠹保幼激素和蜕皮激素的代谢，协同调控华山松大小蠹生长发育和变态，从而维护了华山松大小蠹生长发育和种群数量的相对稳定，研究成果为秦岭巴山林区华山松大小蠹的生长发育和变态调控机制，种群数量动态、可持续控制和森林生态系统的保护提供了重要的理论和技术支撑。