棉铃虫和烟青虫性信息素差异的遗传机制

作     者：辛玉翠 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘柱东

授予年度：2017年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 

主      题：棉铃虫 烟青虫 性信息素 遗传家系 

摘      要：近缘种及同种不同品系间的生殖隔离现象一直是物种形成研究的热点。鳞翅目许多昆虫往往具有相同类型的性信息素化合物,并通过改变各组分的比例实现种间生殖隔离。近年来,陆续报道了一些涉及蛾类性信息素产生及其遗传结构基础的研究,这些工作对阐明生殖隔离遗传变化的规律提供了重要的信息。然而,在进化过程中,由性信息素的改变导致的近缘物种形成的遗传机制尚不清楚。棉铃虫(Helicoverpa armigera 和烟青虫(Helicoverpa assulta)是鳞翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)两种重要的农业害虫。棉铃虫为高度杂食性昆虫,危害20科近200种植物,加之其强大的繁殖力和广泛的分布性,致使其一直成为农业害虫防治的难点,而烟青虫为寡食性昆虫,主要危害茄科植物,但其危害性和破坏力也同样不容小觑。棉铃虫和烟青虫的幼虫和成虫在形态结构上都非常相似,很难辨认。有研究表明棉铃虫雌虫性信息素成分主要以顺-11-十六碳烯醛((Z)-11-hexadecenal,Z11-16:Ald)为主,而烟青虫的性信息素成分主要以顺-9-十六碳烯醛((Z)-9-hexadecenal,Z9-16:Ald)为主,棉铃虫和烟青虫中Z11-16:Ald/Z9-16:Ald比例正好相反。自然条件下,二者通过释放不同比例的性信息素组分完成种内化学通讯,实现种间生殖隔离。并且二者之间可杂交和回交,因此是研究性信息素通讯系统遗传差异的绝佳模型。本研究通过两近缘种棉铃虫和烟青虫单对杂交和回交,分析亲本、杂交和回交雌蛾性信息素组分,系统研究两近缘种性信息素比例差异的内在遗传机制。首先,分别剪取棉铃虫和烟青虫性腺,采用正己烷浸提,进而通过GC-MS的选择离子方法,分别测定了棉铃虫和烟青虫雌蛾性信息素主要组分Z11-16:Ald和 Z9-16:Ald,证实了棉铃虫性信息素以 Z11-16:Ald 为主,Z11-16:Ald/Z9-16:Ald为 96:4,而烟青虫性信息素以 Z9-16:Ald 为主,Z11-16:Ald/Z9-16:Ald 为 4:96,为本论文的后续研究奠定了坚实的基础。然后,开展棉铃虫和烟青虫杂交和回交实验,测定杂交代和回交代雌蛾的性信息素表型,统计符合棉铃虫和烟青虫性信息素表型的杂交代和回交代个数,推断棉铃虫和烟青虫性信息素差异的遗传基础。烟青虫雌性与棉铃虫雄性单对杂交(SR),产生两性子代,杂交代(SR)雌蛾性信息素都表现为棉铃虫表型;当杂交代(SR)雌蛾与棉铃虫(R)雄蛾回交时,回交代(SRR)雌性性信息素均以Z11-16:Ald为主,表现为棉铃虫表型;当杂交代(SR)雌蛾与烟青虫(S)雄蛾回交时,回交代(SRS)雌性个体出现两种性信息素表型,表型一为以Z11-16:Ald为主,表现为棉铃虫表型,表型二为以Z9-16:Ald为主,表现为烟青虫表型,且二者个体数量比例为1:1。当棉铃虫雌性和烟青虫雄性单对儿杂交时,杂交代(RS)全部为雄性。当杂交代(RS)雄蛾与棉铃虫雌蛾(R)回交时,回交代RSR)雌蛾性信息素均以Z11-16:Ald为主,表现为棉铃虫表型,而当杂交代(RS)雄蛾与烟青虫(S)雌蛾回交时,回交代(RSS)雌蛾性信息素表型发生分离,表现为两种表型:表型一为以Z11-16:Ald为主,表现为棉铃虫表型,表型二为以Z9-16:Ald为主,表现为烟青虫表型,且两表型个体数量比例接近1:1。两个方向的杂交和回交实验证明棉铃虫和烟青虫性信息素比例差异是由单基因控制的显隐性遗传。进而,我们运用DNA-AFLP技术对亲代、杂交代和回交代进行性信息素比例差异基因定位。通过DNA提取、酶切、连接、扩增和进一步特异性扩增,再结合以表型的数据,我们共获得了 5个分子标记。通过对5个典型标记切胶回收并测序,分别得到了其对应的核苷酸序列,为后续基因克隆和定位奠定了基础。综上,本研究利用两近缘种棉铃虫和烟青虫单对杂交和回交,分析亲本、杂交代和回交代雌蛾性信息素组分比例,利用DNA-AFLP分子标记技术,通过棉铃虫和烟青虫杂交谱系的遗传学研究,探究了棉铃虫和烟青虫性信息素比例颠倒的遗传基础,探讨了种间隔离机制,揭示了重要害虫(棉铃虫和烟青虫)性信息素产生差异的遗传机制,为后续基础研究和发展害虫管理新方法与新技术提供基础。