中华蜜蜂气味受体基因Or1、Or2、Or3的鉴定、表达及定位分析

【摘要】昆虫是地球上种类最多的物种,这些形形色色的昆虫要生存下来就需要最大程度地适应它们各自的栖息地。其中一个最基本的适应能力就是通过化学感受器对周围环境不同化学信息的发现和反应能力。昆虫拥有复杂的嗅觉系统来感受食物来源、寄主植物、产卵场所、信息交流及异性交配等。对昆虫嗅觉分子机理的深入研究,有利于探明昆虫内在的生物学行为,解释昆虫与寄主植物的协同进化机制,为资源昆虫的高效利用及农业害虫的生物防治等提供理论依据。本研究以我国宝贵的蜂种资源中华蜜蜂为研究对象,对其三个相关气味受体基因(其中一个为共受体基因AcerOr2,两个为传统气味受体基因AcerOr1和4cerOr3)进行克隆、序列分析、定量表达与细胞定位研究,获得了如下主要结果：(1)利用RT-PCR和RACE方法从中蜂触角中获得了气味受体基因AcerOrl、AcerOr2和AcerOr3的cDNA全长序列,序列长度分别为1507、1763、1320bp,GenBank登录号分别为：N792580、JN792581和JX049410。全长中包含的开放阅读框分别编码404、478和402个氨基酸。预测3个蛋白分子量约50kDa左右,均为水溶性蛋白且无信号肽。AcerOr2含有7次跨膜结构,AcerOrl和AcerOr3含有6次跨膜结构,具有昆虫气味受体的典型特征。(2)在已得到的cDNA基础上设计跨内含子引物,克隆到了AcerOrl和AcerOr3基因全部内含子序列,GenBank登录号为JN544932和JX258126。自转录起始至polyA尾之前的长度分别为2049和1872bp。经比较发现,两基因的结构相似度较高,均具有5个外显子和4个内含子；序列相似度也较高,核苷酸序列相似性为77.3%,氨基酸相似性为82.7%,推测是位于同一条染色体上呈串联排列的两个重复基因。(3)通过BLAST工具在膜翅目昆虫中找到各基因的同源序列,多序列比对结果显示,AcerOr2较为保守,与其它共受体家族同源序列间氨基酸相似性较高(>75%)。而AcerOr1、AcerOr3与其同源序列相似度在51.7%-98.2%之间,在其它目的昆虫中几乎找不到与之同源的序列。通过计算选择压力可知,Or2家系平均选择压力为0.031,Or1、Or3家系平均选择压力为0.115,表明3个气味受体基因承受的均是纯化选择作用,暗示它们在中蜂嗅觉识别过程中发挥了重要的作用。另外从结果中还可以看出Orl、Or3家系进化速率较共受体家族进化快。(4)采用荧光定量PCR检测3个气味受体基因在中蜂不同发育期触角中mRNA的相对表达量。结果表明,AcerOrl、AcerOr2和AcerOr3转录本在工蜂和雄蜂中都有表达,其中AcerOr2和AcerOr3在雄蜂中的表达量显著偏高。另外,在雄蜂中3个基因的时序表达趋势大体相似,在幼虫期和蛹期表达量较低,随着个体发育,表达量逐渐增高。工蜂中各气味受体基因表达量在蛹期阶段相对较高,在羽化前后均达到最高水平。(5)设计用地高辛标记的寡核苷酸探针,通过原位杂交技术在中蜂工蜂和雄蜂触角中,对3个气味受体基因mRNA的表达进行细胞定位分析。杂交信号显示3个气味受体基因均分布于靠近触角边缘的板型感器和毛型感器的神经元细胞中。其中AcerOr2在雄蜂触角中的表达量较多,与荧光定量结果一致,AcerOrl和4cerOr3的表达量相对较少。综上所述,经过对中华蜜蜂气味受体基因AcerOrl、AcerOr2、AcerOr3的系统性研究,为深入探讨中华蜜蜂嗅觉感受机制提供了重要的科学依据,并为揭示其灵敏的嗅觉能力提供了新思路。
【作者】赵慧婷；
【导师】姜玉锁；
【作者基本信息】山西农业大学，动物遗传育种与繁殖，2013，博士
【关键词】中华蜜蜂；触角；嗅觉感器；气味受体基因；生物信息学分析；基因表达；细胞定位；

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