昆虫生物化学和分子生物学

昆虫生物化学和分子生物学

黑夜蛾Aorotisipsilon中三大信息素结合蛋白对性信息素

的识别和免疫定位。

作者：谷少华周镜江王桂荣张勇军郭玉媛

摘要：PBPs（信息素结合蛋白）可以溶解和运输信息素，使信息素通过淋巴液运输至膜上的信息素受体。为了解PBPs在昆虫信息素感知中作用的分子机制，我们以黑夜蛾Agrotis ipsilin为材料，从转录水平和蛋白水平研究了PBPs的组织分布、细胞定位和信息素的结合能力。我们从夜蛾触角中克隆了3段全长的PBP基因AipsPBP1-3，结果显示这三个基因在雄性触角中高度表达。电镜观察显示，在雌雄触角上至少分布六种嗅觉感受器：毛状感器锥形感器、基础感器、coeloconica、squamiformia、bohm bristles。免疫细胞化学结果显示，在雄性夜蛾毛状感器的感觉器淋巴中高度表达AipsPBP1-3蛋白。绑定化验结果显示，AipsPBP1与主要的5类化学物质中的性信息素成分Z7-12:AC和Z9-14:AC高度绑定，与舞毒蛾长毛状感器表达的LdisPBPs聚合在一起。AipsPBPs2与Z11-16:AC也有高度绑定。AipsPBPs3只与Z11-16:AC有高度绑定。我们的研究为证明PBPs参与信息素辨别和选择性识别混合的雌性信息素中的特殊成分提供了一些细节。

1，引言

在昆虫王国中，鳞翅目昆虫包括两大组群（Ando et al,2004）,许多为农作物害虫，他们利用化学途径去定位植物寄主和配偶。在蚕类昆虫Bombyx mori中鉴定的第一种昆虫性信息素蚕蛾性诱醇（（E,Z）

-10,12-hexadecadienol）。（Butenandtet al 1959；Karlson and Buteandt，1959）。随后，一种拮抗物诱醇（（E,Z）-10,12-hexadecadienol）被鉴定。(Kaissling and Kasang, 1978)。事实上，大量发现证明，多数雄性夜蛾仅仅吸引有独特精确比率定位的雌性夜蛾分泌的混合信息素(Shorey,1973; Kaissling, 1986; Arn et al., 1992; Schneider, 1992)。雄夜蛾对其性信息素的敏感性非常高，例如，在B.mori中，单个诱醇分子足够引起一次神经冲动(Kaissling, 1971; Steinbrecht et al.,1992)。雄丝蚕感知同种雌丝蚕信息素的临界浓度1000分子每毫升空气(Kaissling, 1987)。由于昆虫对性信息素高度的专一性和敏感性，使性信息素成为病虫害综合治理中病虫种群监测和大量诱杀的有效生物控制剂(McNeil, 1991; Witzgall et al., 2008, 2010)。然而，对雄蛾感知性信息素的细胞和分子机制的认识尚不完善。

种专一性的信息素分子进入感觉器官的淋巴液通过昆虫表皮的气孔(Kaissling,1986; Steinbrecht,1997)。一组可溶性的小分子气味结合蛋白（OBPs）参与气味感知的最初过程，气味结合蛋白参与捕捉和运输气味分子到嗅觉感受器（ORs）(V ogt et al.,1985; Pelosi et al., 2006; Leal, 2005; Zhou, 2010)。推测OBPs是由感觉神经元的辅助细胞（毛原细胞和窝原细胞）合成，并以相当高的浓度（高于10毫摩儿）分泌至感觉器淋巴(V ogt and Riddiford, 1981; Klein, 1987; Steinbrecht et al., 1992)。昆虫触角高浓度的OBPs说明其在昆虫个体间化学信息交流和竞争中重要的生理作用。根据OBPs氨基酸序列的同源性，蛾类OBPs 可以分为三大类：信息素结合蛋白（PBPs）、普通气味结合蛋白

（GOBP1和GOBP2）还有触角结合蛋白（ABPX）。目前，OBP基因已经从13个鳞翅目昆虫中的34种昆虫中鉴定出来，包括B.mori基因组中的44个OBP基因。在蛾类中通常有三种PBP基因，并具有有高度同源性。PBP和GOBP基因是密切相关的基因，来自于同一个基因，在后来的复制过程中被特化。然而，最近研究表明，亚洲玉米螟中存在另外的PBP基因。