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动物所在我国重大农业害虫东方粘虫嗅觉机制研
发布时间发布时间:2020-10-19 19:39

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  东方粘虫(Oriental armyworm,Mythinma separata)又名行军虫、剃枝虫,是我国重大农作物病虫之一,主要危害小麦、水稻、玉米、谷子、高粱、糜子等禾谷类作物。因为它有季节性迁飞习性,农民称之为“来去无踪,神出鬼没”的“神虫”。利用昆虫的嗅觉反应特点,准确监测害虫种群动态是有效防治东方粘虫的前提。性信息素对东方粘虫雄蛾具有很强的吸引作用,糖醋酒液也对东方粘虫具有很好的引诱效果,均可作为引诱剂在田间有效监测东方粘虫的种群发生和数量。近期,中国科学院动物研究所王琛柱团队在昆虫学期刊Insect Biochemistry and Molecular Biology先后发表3篇论文(),系统地阐述了东方粘虫对性信息素和糖醋酒液的嗅觉感受机制,为东方粘虫的田间监测和防治提供了重要依据。

  东方粘虫的性信息素的组分和比例过去就有报道,但结果存在矛盾,有人认为其性信息素主要组分为Z11-16:Ac,也有人认为是Z11-16:Ald。该团队利用化学分析、行为、电生理和分子生物学多种技术,系统研究了东方粘虫华北种群的性信息素和雄蛾对其的嗅觉编码机制。首先,利用GC-EAD和GC-MS对雌蛾信息素腺体提取物进行了化学成分分析,找出了具有触角电位活性的组分;其次,在风洞中检测了一系列的不同组分、比例的信息素混合物对雄蛾的引诱效果;第三,利用SSR技术鉴定了雄蛾触角上的长毛型感器对信息素组分及其相关化合物的反应,明确了雄蛾触角上感受性信息素感器的种类和丰度;第四,利用活体脑成像和触角叶解剖分析,确定了雄蛾触角叶MGC区域对各组分的感受特性;最后,通过对成虫触角转录组的生物信息学分析,鉴定了与信息素感受相关的气味受体,并利用爪蟾卵母细胞表达系统和双电极电压钳技术,解析了信息素受体MsepOR3和MsepOR2的功能。

  研究获得以下主要研究结果:(1)东方粘虫华北种群的基本性信息素成分为Z11-16:Ald,单雌腺体中含量为16.2 ± 6.1 ng,单独配成性引诱剂即可有效引诱雄蛾;(2)触角感受性信息素的感器分两类:A类感受Z11-16:Ald和Z9-14:Ald,B类主要感受Z9-14:Ald,还感受Z11-16:OH、Z11-16:Ac、Z9-16:Ald;两类感器的比例为66.2: 33.8;(3)雄蛾触角叶中的MGC区域包含三个神经纤维球,分别为云状体(CU)、背前体(DA)、背后体(DP),Z11-16:Ald激活CU,Z9-14:Ald在低剂量下激活DA而在高剂量下可以同时激活DA和CU,Z11-16:OH激活DA,Z11-16:Ac激活DP,Z9-16:Ald激活常规纤维球OG1;(4)MsepOR3和MsepOR2分别是调谐Z11-16:Ald和Z9-14:Ald的气味受体;(5)Z9-14:Ald是东方粘虫性引诱的强拮抗剂,在维持种间生殖隔离中起重要作用。

  糖醋酒液对东方粘虫有较强的引诱活性,而其嗅觉机制被首次报道。该项研究的主要发现包括:(1)乙酸是糖醋液挥发性混合物中必不可少的生物活性成分;(2)有4种类型(as1、as2、as3和as4)的感器参与触角上的乙酸感受;(3)中低剂量的乙酸激活一个普通神经纤维球(DC3),高剂量乙酸还激活触角叶中另外两个神经纤维球DC1和AC1;(4)中低剂量乙酸对粘虫雌虫具有吸引力并能诱发喙伸长反应;(5)在东方粘虫触角转录组中注释得到气味受体(OR)基因67个及离子受体(IR)基因19个,其中Ir8a与Ir64a,Ir75q1和Ir75q2在触角中具有共定位现象,表明东方粘虫的Ir8a很可能是其IR介导嗅觉系统的共受体之一。

  这些研究结果显示,在我国华北地区发生的东方粘虫与日本发生的东方粘虫可能不是一个物种;含单一Z11-16:Ald的诱芯可用于田间监测和防治东方粘虫,这样可大大节约成本但不影响诱虫效果,与此同时,还应注意不可与含有Z9-14:Ald的性引诱剂合用,与棉铃虫的性引诱剂也应分别使用。

  动物所博士生江南纪、博士后唐睿分别为该系列论文的第一作者,王琛柱为通讯作者。这些研究得到国家自然科学基金委和中科院的资助。

  东方粘虫(Oriental armyworm,Mythinma separata)又名行军虫、剃枝虫,是我国重大农作物病虫之一,主要危害小麦、水稻、玉米、谷子、高粱、糜子等禾谷类作物。因为它有季节性迁飞习性,农民称之为“来去无踪,神出鬼没”的“神虫”。利用昆虫的嗅觉反应特点,准确监测害虫种群动态是有效防治东方粘虫的前提。性信息素对东方粘虫雄蛾具有很强的吸引作用,糖醋酒液也对东方粘虫具有很好的引诱效果,均可作为引诱剂在田间有效监测东方粘虫的种群发生和数量。近期,中国科学院动物研究所王琛柱团队在昆虫学期刊Insect Biochemistry and Molecular Biology先后发表3篇论文(,,),系统地阐述了东方粘虫对性信息素和糖醋酒液的嗅觉感受机制,为东方粘虫的田间监测和防治提供了重要依据。

  东方粘虫的性信息素的组分和比例过去就有报道,但结果存在矛盾,有人认为其性信息素主要组分为Z11-16:Ac,也有人认为是Z11-16:Ald。该团队利用化学分析、行为、电生理和分子生物学多种技术,系统研究了东方粘虫华北种群的性信息素和雄蛾对其的嗅觉编码机制。首先,利用GC-EAD和GC-MS对雌蛾信息素腺体提取物进行了化学成分分析,找出了具有触角电位活性的组分;其次,在风洞中检测了一系列的不同组分、比例的信息素混合物对雄蛾的引诱效果;第三,利用SSR技术鉴定了雄蛾触角上的长毛型感器对信息素组分及其相关化合物的反应,明确了雄蛾触角上感受性信息素感器的种类和丰度;第四,利用活体脑成像和触角叶解剖分析,确定了雄蛾触角叶MGC区域对各组分的感受特性;最后,通过对成虫触角转录组的生物信息学分析,鉴定了与信息素感受相关的气味受体,并利用爪蟾卵母细胞表达系统和双电极电压钳技术,解析了信息素受体MsepOR3和MsepOR2的功能。

  研究获得以下主要研究结果:(1)东方粘虫华北种群的基本性信息素成分为Z11-16:Ald,单雌腺体中含量为16.2 ± 6.1 ng,单独配成性引诱剂即可有效引诱雄蛾;(2)触角感受性信息素的感器分两类:A类感受Z11-16:Ald和Z9-14:Ald,B类主要感受Z9-14:Ald,还感受Z11-16:OH、Z11-16:Ac、Z9-16:Ald;两类感器的比例为66.2: 33.8;(3)雄蛾触角叶中的MGC区域包含三个神经纤维球,分别为云状体(CU)、背前体(DA)、背后体(DP),Z11-16:Ald激活CU,Z9-14:Ald在低剂量下激活DA而在高剂量下可以同时激活DA和CU,Z11-16:OH激活DA,Z11-16:Ac激活DP,Z9-16:Ald激活常规纤维球OG1;(4)MsepOR3和MsepOR2分别是调谐Z11-16:Ald和Z9-14:Ald的气味受体;(5)Z9-14:Ald是东方粘虫性引诱的强拮抗剂,在维持种间生殖隔离中起重要作用。

  糖醋酒液对东方粘虫有较强的引诱活性,而其嗅觉机制被首次报道。该项研究的主要发现包括:(1)乙酸是糖醋液挥发性混合物中必不可少的生物活性成分;(2)有4种类型(as1、as2、as3和as4)的感器参与触角上的乙酸感受;(3)中低剂量的乙酸激活一个普通神经纤维球(DC3),高剂量乙酸还激活触角叶中另外两个神经纤维球DC1和AC1;(4)中低剂量乙酸对粘虫雌虫具有吸引力并能诱发喙伸长反应;(5)在东方粘虫触角转录组中注释得到气味受体(OR)基因67个及离子受体(IR)基因19个,其中Ir8a与Ir64a,Ir75q1和Ir75q2在触角中具有共定位现象,表明东方粘虫的Ir8a很可能是其IR介导嗅觉系统的共受体之一。

  这些研究结果显示,在我国华北地区发生的东方粘虫与日本发生的东方粘虫可能不是一个物种;含单一Z11-16:Ald的诱芯可用于田间监测和防治东方粘虫,这样可大大节约成本但不影响诱虫效果,与此同时,还应注意不可与含有Z9-14:Ald的性引诱剂合用,与棉铃虫的性引诱剂也应分别使用。

  动物所博士生江南纪、博士后唐睿分别为该系列论文的第一作者,王琛柱为通讯作者。这些研究得到国家自然科学基金委和中科院的资助。

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