大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配的分子機理研究.pdf

1、麥蛾Sitotroga cerealella Olivier是一種世界性儲糧害蟲，在小麥和水稻儲存中發(fā)生尤為嚴重。在我國某些地區(qū)，僅麥蛾所造成的儲糧損失可占總損失量的40％以上。目前，化學(xué)防治仍是防治儲糧害蟲的主要有效手段，但麥蛾以幼蟲鉆蛀為害的特性使其不能直接接觸化學(xué)農(nóng)藥，大大降低了防治效率，而且化學(xué)防治還存在著害蟲抗性提高和化學(xué)殘留等問題，因此尋求一種安全有效的環(huán)境友好型的綠色谷物保護劑已迫在眉睫。
　　本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)大

2、蒜精油及其兩種主要活性成分（二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚）能顯著降低麥蛾的產(chǎn)卵量，但對于大蒜精油及其活性物質(zhì)抑制麥蛾產(chǎn)卵的作用機制至今尚未明確。另外，本課題組其他研究人員發(fā)現(xiàn)，大蒜精油活性物質(zhì)可顯著降低麥蛾的交配率和交配頻率，由此我們推測大蒜精油活性物質(zhì)可能是通過干擾麥蛾的交配行為，從而抑制雌蛾的產(chǎn)卵量。根據(jù)昆蟲氣味識別機制，我們進一步推測麥蛾觸角中的氣味結(jié)合蛋白在大蒜精油活性物質(zhì)對麥蛾的交配干擾行為反應(yīng)中起著重要的作用。因此，本研究

3、主要從昆蟲的氣味識別機制來闡明大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配的作用靶標和分子機制。結(jié)果如下:
　　1.大蒜精油活性物質(zhì)對麥蛾嗅覺行為的影響
　　利用Y型嗅覺儀監(jiān)測了大蒜精油活性物質(zhì)對麥蛾嗅覺行為反應(yīng)的影響，研究結(jié)果表明:10μL劑量的二烯丙基三硫醚對麥蛾雌蟲(RI=0.08; P＞0.05)和雄蟲(RI=0.03;P＞0.05)均無顯著的行為影響;10μL劑量的人工合成雌蟲性信息素（順7，反11-十六碳雙烯-1-醇乙酸酯）對雄

4、蟲具有極顯著的誘集效果(RI=-0.49;P＜0.001)，對雌蟲具有極顯著的驅(qū)避活性(RI=0.64;P＜0.000001);但當相同劑量的人工合成雌蟲性信息素與二烯丙基三硫醚同時存在時，人工合成雌蟲性信息素對雄蟲沒有了顯著的引誘活性(RI=-0.10;P＞0.05)，對雌蟲的驅(qū)避率也顯著地降低了(RI=0.31; P＜0.05)。另外，麥蛾對二烯丙基二硫醚的嗅覺行為反應(yīng)與二烯丙基三硫醚一致。這可能是由于大蒜精油活性物質(zhì)干擾了麥蛾對人

5、工合成雌性信息素的感知能力。
　　2.麥蛾觸角感器的超微結(jié)構(gòu)觀察
　　采用掃描電鏡和透射電鏡，研究了麥蛾雌雄成蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在麥蛾觸角中共有7種類型的感受器，即毛形感器、錐形感器、腔錐形感器、栓錐形感器、耳形感器、鱗形感器和B(o)hm氏鬃毛，其中雄蟲的長毛形感器顯著多于雌蟲。根據(jù)昆蟲觸角感器的形態(tài)、構(gòu)造、分布和數(shù)量，并結(jié)合相關(guān)文獻，作者分析并討論了這些感器的功能。其研究內(nèi)容將有利于我們更深入地了解麥蛾雌雄

6、蟲間化學(xué)信息交流機制，為進一步探索麥蛾的嗅覺行為提供理論依據(jù)。
　　3.麥蛾氣味結(jié)合蛋白基因的克隆和表達模式分析
　　通過RT-PCR和RACE技術(shù)首次獲得了麥蛾3個氣味結(jié)合蛋白基因的全長:ScerGOBP1(登錄號:KF513152)，ScerGOBP2(登錄號:KF513150)和ScerPBP（登錄號:KF513151）。通過序列分析和qRT-PCR檢測發(fā)現(xiàn)這3個基因都具有氣味結(jié)合蛋白的典型特征:分子量較小，低等電點，

7、親水性，N端具有信號肽，具有6個保守的半胱氨酸殘基，并且只在觸角中特異性表達。其中，ScerGOBP1和ScerGOBP2在雌雄中表達量相當;而ScerPBP在雄蟲中的表達量顯著高于雌蟲。另外，雄蟲觸角中ScerPBP的表達豐度明顯高于ScerGOBP1和ScerGOBP2。本研究結(jié)果為麥蛾氣味結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)和功能研究奠定了基礎(chǔ)。
　　4.麥蛾氣味結(jié)合蛋白的表達純化和結(jié)合特性分析
　　通過原核表達和親和層析純化體外獲得大量麥蛾

8、氣味結(jié)合蛋白，利用熒光競爭結(jié)合實驗來研究大蒜精油活性物質(zhì)/麥蛾性信息素與ScerOBPs之間的結(jié)合能力。結(jié)果表明二烯丙基三硫醚與ScerPBP之間有很強的結(jié)合能力，甚至比性信息素與該蛋白之間的結(jié)合能力還要強;但二烯丙基三硫醚與ScerGOBP1和ScerGOBP2的結(jié)合能力很弱。同時，二烯丙基二硫醚與ScerOBPs之間的結(jié)合特性亦表現(xiàn)出與二烯丙基三硫醚相似的結(jié)果，但是其結(jié)合能力較弱于二烯丙基三硫醚。以上研究結(jié)果表明大蒜精油活性物質(zhì)可能

9、是通過與性信息素競爭結(jié)合ScerPBP，減少了雄蟲觸角中的ScerPBP與雌蟲釋放出的性信息素的結(jié)合機會，從而最終干擾了麥蛾的交配行為。
　　5.麥蛾信息素結(jié)合蛋白的同源模建及分子對接
　　通過同源模建方法構(gòu)建ScerPBP的三維結(jié)構(gòu)，并利用分子對接技術(shù)模擬大蒜精油活性物質(zhì)/麥蛾性信息素與ScerPBP之間的相互作用方式。ScerPBP的三維模型含有6個α-螺旋結(jié)構(gòu)，這些α-螺旋緊密排列形成一個結(jié)合口袋。分子對接結(jié)果顯示兩種

10、大蒜精油活性成分（二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚）和麥蛾性信息素均可與ScerPBP成功對接，并且共享一個疏水性結(jié)合腔，進一步表明大蒜精油活性物質(zhì)可能是麥蛾性信息素的結(jié)合抑制劑，可以與性信息素競爭結(jié)合ScerPBP。
　　總之，通過以上的研究，作者初步明確了大蒜精油活性物質(zhì)干擾麥蛾交配行為的分子機制:大蒜精油活性物質(zhì)通過與性信息素競爭結(jié)合ScerPBP，減少了雄蟲觸角中的ScerPBP與雌蟲釋放出的性信息素的結(jié)合機會，從而最終干擾