[01622574]柑桔木虱识别驱避化合物嗅觉受体的功能鉴定及新型驱避剂筛选

①课题来源与背景 柑桔木虱是传播柑桔黄龙病的唯一媒介昆虫,控制该害虫的发生和扩散就能阻止黄龙病蔓延,达到解决这一制约柑桔产业现代化的关键问题。目前,国内外对柑桔木虱的防治基本依赖化学杀虫剂。但传统化学农药大面积、多次、连续不合理的长期使用不仅增加防治成本、破坏生态环境、杀伤天敌,使果品中农药残留增加,而且使柑桔木虱产生了一定的抗药性。 因此,寻找能有效、安全、可持续控制柑桔木虱传播黄龙病的新方法是我国柑桔产业化亟待解决的问题。 ②研究目的与意义 （1）研究目的当前有报道发现柑桔木虱驱避活性化合物,但鉴于传统开发技术局限,以及驱避作用机理不明确,导致驱避化合物尚未得到很好开发利用。随着现代生物科技和计算机学习算法的发展,已有研究成功通过计算机学习算法和靶标反向筛选获得高效、 安全、低成本的新型驱避剂。因此,本项目将对柑桔木虱驱避剂的作用机理以及驱避化合物识别嗅觉受体进行功能鉴定,并分析气味运载蛋白和化学感受蛋白的分子对接模式,为开发新型木虱行为调控剂奠定基础。（2）研究意义1)理论意义：紧跟国际学术前沿,明确植物驱避化合物对昆虫（特别是半翅目昆虫）驱避作用机理,也就是阐明驱避化合物能干扰柑橘木虱的嗅觉系统,从而阻断其对寄主植物引诱气味的识别,还是植物驱避化合物通过直接激活嗅觉感受系统中特异性嗅觉基因（OBP、ORs或IR） 而引起柑橘木虱的主动躲避行为。2)现实意义：通过昆虫嗅觉行为研究技术分析植物源驱避化合物对柑橘木虱感知植物寄主化合物的嗅觉干扰作用,并综合利用电生理学和分子生物学对特定木虱嗅觉感受基因进行功能鉴定,为利用特定嗅觉感受蛋白作为靶标的“反化学生态学”的筛选新型活性活化物的新技术提供重要技术支撑。 ③主要论点与论据 （1）根据现有文献报道,已有发现对柑桔木虱具有驱避作用植物包括韭菜、野洋葱、番石榴、假臭草,其中这些植物的主要化学分成通过气象色谱-质谱联用仪获得鉴定。而且通过行为试验进一步证实部分成分对柑桔木虱具有驱避活性,也有初步试验证明一些植物精油粗提物对柑桔木虱具有一定的驱避作用,但是未能明确其活性成分。因此,我们选择β-石竹烯、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚作为柑橘木虱嗅觉感受系统所识别的候选驱避化合物。（2）为了系统鉴定柑桔木虱的化学感受基因,根据柑桔木虱已发表的基因组和本实验所构建柑桔木虱不同发育时期的转录组。首先,利用生物信息学方法从柑橘木虱基因组和转录组中鉴定化学感受基因,其中包括气味结合蛋白、化学感受蛋白Chemosensory proteins （CSPs）、气味受体Odorant receptors（ORs）、离子型受体Ionotropic receptors（IRs）;然后,分析柑桔木虱与不同植食性半翅目昆虫的化学感受基因的系统发育关系;接着,分别利用转录组表达数据和荧光定量分析方法分析木虱化学感受基因的时空表达模式;在此基础上,筛选出参与嗅觉识别的化学感受基因：一是参与嗅觉感知的气味结合蛋白基因,二是位于嗅觉神经元上的嗅觉受体基因。（3）根据OBP和CSP的时空表达模式,我们选择了触角高表达的OBP和CSP作为候选基因,并利用原核表达重组方法纯化这些基因的蛋白,然后利用荧光竞争结合分析方法对多种植物源气味化合物进行结合能力测定,结果显示DcitCSP12可能是参与识别β-石竹烯的运载蛋白,而DcitOBP3可以广泛结合不同气味化合物,其中包括植物源驱避化合物二甲基三硫醚。这也反映了植物源驱避化合物可以触发木虱嗅觉感受系统,从而引发驱避行为反应。 ④创见与创新 1)评价出对柑桔木虱具有较高驱避活性的植物源活性气味化合物;2)柑桔木虱基因组中系统鉴定了化学感受基因,并分析出参与嗅觉感知的气味受体和气味结合蛋白;3)鉴定出参与感知植物源驱避化合物（β-石竹烯）的特异性化学感受蛋白;4)挖掘出特定气味结合蛋白和化学感受蛋白与植物源驱避化合物结合的关键分子位点。 ⑤社会经济效益,存在的问题 目前成果已完成对柑桔木虱植物源驱避化合物的驱避作用评价,而且鉴定出柑桔木虱识别植物源驱避化合物的化学感受蛋白和气味受体,达到各阶段的预设目标。因本研究属于前期嗅觉基因的功能研究,初步探索出植物源驱避化合物与柑桔木虱嗅觉感受系统的分子配对关系,可望通过药物筛选大量筛选出新型高效植物源化合物,如药物筛选成功并建立应用技术等将实现柑桔木虱的绿色防控。 ⑥历年获奖情况 无 ⑦成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容 无