草地贪夜蛾与斜纹夜蛾嗅觉味觉相关基因的比较分析
黄钧鸿，张铭淇，冯启理，崔 勇*，相 辉*
【摘 要】摘要：草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda，近期侵入中国并迅速扩张。与其近缘物种斜纹夜蛾Spodoptera litura不同，草地贪夜蛾主要偏好玉米、水稻、小麦等禾本科农作物，暴食危害重。此外两种害虫在交配、产卵频率等繁殖特征上也存在差异。这些差异可能与嗅觉、味觉相关蛋白的分歧密切相关。本研究对两种夜蛾科害虫的嗅觉、味觉相关基因进行了系统的鉴定及系统发育分析，并对部分嗅觉结合蛋白进行了选择信号与氨基酸差异位点分析。分别在草地贪夜蛾中鉴定到261个嗅觉相关基因，数目明显大于斜纹夜蛾(179个)；鉴定到233个味觉相关基因，数目略大于斜纹夜蛾(217个)。嗅觉相关基因中气味结合蛋白(OBP)基因数目差异最为明显。系统发育分析显示该基因存在夜蛾科特异的分支，且该分支中草地贪夜蛾中基因数目远高于斜纹夜蛾；发现位于I类触角结合蛋白(ABPI)分支的一类OBP成员在草地贪夜蛾中拷贝数增加，其中两个基因拷贝受到正选择，且在草地贪夜蛾中特有的氨基酸替换还可能影响蛋白质功能。本研究为草地贪夜蛾食性特征的遗传机制解析提供线索，为草地贪夜蛾的生物防治提供参考依据和基因素材。 【期刊名称】《环境昆虫学报》 【年(卷),期】2019(041)005 【总页数】10
【关键词】草地贪夜蛾；斜纹夜蛾；嗅觉相关蛋白；气味分子结合蛋白；味觉受体；正选择
黄钧鸿，张铭淇，冯启理，崔勇，相辉.草地贪夜蛾与斜纹夜蛾嗅觉味觉相关基
因的比较分析[J].环境昆虫学报，2019,41(5):937-946.
草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda为鳞翅目夜蛾科灰翅夜蛾属的农业害虫，原产于美洲热带和亚热带地区，是一种对农作物危害性极强的杂食性昆虫。自今年1月份首次侵入中国云南后，极速向北扩展。截止目前，草地贪夜蛾已在中国20个省(区、市)1 128个县发生危害，累计发生面积831万亩，严重威胁了我国农业和粮食生产安全，因此，对草地贪夜蛾的防控任务迫在眉睫。草地贪夜蛾是联合国粮农组织全球预警的迁飞性农业重大害虫，具有迁飞性强、繁殖能力高、扩散速度快、暴食危害重等特点。该虫为多食性，寄主植物高达353种，但明显嗜好禾本科包括禾本科的玉米、小麦、水稻、高梁、甘蔗(Montezano et al., 2018)草地贪夜蛾因对寄主植物偏好性不同，分为玉米品系和水稻品系两种单倍型，当前入侵亚洲的草地贪夜蛾为玉米型，主要取食玉米、高粱等；后者主要取食水稻和各种牧草(Funk, 2012; Juárez et al., 2014)。 斜纹夜蛾Spodoptera litura为鳞翅目夜蛾科斜纹夜蛾属的农业害虫，是草地贪夜蛾近缘物种，斜纹夜蛾主要分布在东南亚地区，在国内各地都有发生。与草贪夜蛾不同，斜纹主要为害双子叶植物，包括白菜、甘蓝、芥菜、马铃薯、茄子、番茄、辣椒、南瓜、丝瓜、冬瓜以及藜科等多种作物都能进行为害。幼虫取食甘薯、棉花、芋、莲、田菁、大豆、烟草、甜菜和十字花科和茄科蔬菜等近389种植物的叶片(秦厚国等，2006)。
除了食性分歧以外，草地贪夜蛾与斜纹夜蛾在繁殖行为及特性上也存在一定的差异。草地贪夜蛾交配频率与产卵次数较斜纹夜蛾频繁，同时草地贪夜蛾幼虫具有较强的转移为害植株习性，可以加重对作物的为害(赵胜园等，2019)，而昆虫找寻配偶、定位寄主及产卵位点、选择食物、躲避外界不良环境等行为活
动往往与化学感受系统如嗅觉、味觉系统密切相关，因此嗅觉、味觉系统在害虫控制方面具有重要的应用价值。
在昆虫中，嗅觉系统的主要器官是触角，参与对外界气味化合物的识别，是昆虫重要的行为调控元件(Prestwich, 1996; Bruce et al., 2005)。嗅觉相关基因具有较大的序列多样性(Engsontia et al., 2008, Krieger et al., 2004; Robertson and Wanner, 2006; Tanaka et al., 2009); 许多不同种类的基因参与了化学感觉信号转导的不同步骤，至少包括气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)、化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)、气味降解酶(odor degrading enzyme, ODE)、感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)、气味受体(olfactory receptor, OR)和离子型受体(ionotropic receptor, IR) (Leal, 2013)。昆虫感受气味物质是较为复杂的过程，疏水性的气味分子扩散至触角感受器后，被感受器淋巴液中的OBP选择性地捕获并结合(De Bruyne et al., 2008)，并携带气味分子至位于嗅觉感受神经元(olfactory receptor neurons, ORN)树突膜上的OR/IR附近，在SNMP的影响下释放结合的气味分子，并进一步引起神经冲动。而后，残余的气味分子会被ODE所降解失活，从而保证了昆虫嗅觉系统的敏感性(Vogt and Riddiford, 1981; Rogers et al., 1999a; Leal, 2012)。已经有多种具有气味降解酶功能的分子被鉴定出来，包括细胞色素P450、谷胱甘肽-S转移酶、酯酶、乙醇脱氢酶等(Merlin et al., 2005)。
味觉受体(Gustatory Receptor, GR)是味觉系统中最重要的成员之一，主要包括二氧化碳受体(CO2 receptor)、糖受体(sugar receptor)与苦味受体(bitter receptor)。其中，糖受体较为保守，苦味受体的变化较大，昆虫的味觉受体基
草地贪夜蛾与斜纹夜蛾嗅觉味觉相关基因的比较分析
