热浪胁迫对松墨天牛繁殖特性的影响

【目的】松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方松林重要蛀干害虫,也是松材线虫Bursaphelenchus xylophilus病的主要媒介昆虫。探究热浪(heat wave)事件对松墨天牛繁殖特性的影响,可为全球气候变暖背景下其种群动态和松材线虫病流行规律的预测预报提供理论依据。【方法】对松墨天牛16日龄成虫进行模拟热浪处理(40℃持续72 h),随后将其置于室温(25℃)交配产卵,每周为1个观测周期,统计成虫的单雌日均产卵量、卵长、卵历期和孵化率等生殖参数及子代幼虫体重的变化规律。【结果】热浪处理组单雌日均产卵量与对照组无显著差异。热浪处理组卵长在第1个观测周期内比对照组短0.09 mm,第2个观测周期以后反超并一直长于对照组。热浪处理组卵历期在第1个观测周期内比对照组长1.16 d,第2个观测周期内即与对照组相同,并在此后短于对照组。热浪处理组卵孵化率由91.83%下降至63.04%,直至第4个观测周期才恢复至与对照组水平。从子代幼虫体重来看,无论初孵幼虫体重如何变化,饲养28 d后热浪处理组与对照组子代幼虫体重均会达到同一水平。【结论】实验室内模拟单次热浪事件短期会对松墨天牛的生殖参数产生负面影响,但随着热浪胁迫解除松墨天牛成虫的繁殖能力能在较短时间内恢复,通常在7 d后即可恢复至正常水平,甚至得到一定的促进,对热浪胁迫表现出“毒物兴奋”响应。推测在气候变暖条件下,松墨天牛仍能在原分布区保持较高的种群密度。

松墨天牛热激蛋白MaltHSP40s基因的克隆及表达特性分析

松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方林区重要的蛀干害虫,也是我国重大林业外来入侵物种松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的主要传播媒介。为探究热激蛋白HSP40在松墨天牛抵御高温胁迫中的功能,基于松墨天牛转录组数据(GenBank登录号:PRJNA548205),通过RT-PCR技术克隆两条松墨天牛HSP40基因,并对其进行生物信息学分析;使用MEGA 7.0软件构建松墨天牛HSP40系统进化树;利用RT-qPCR技术检测16日龄松墨天牛雌雄成虫各组织HSP40基因在不同温度与时间处理条件(35℃、37℃、40℃、42.5℃和45℃;0 h、1 h、2 h和3 h)下和高温42.5℃处理3 h后的组织表达特性。结果表明:克隆获得松墨天牛两条HSP40基因MaltHSP40-1(GenBank登录号:MW690168)和MaltHSP40-2(GenBank登录号:MW690169),其ORF长度分别为1206 bp和1059 bp,分别编码401个和352个氨基酸,分子质量分别约为45.24 kDa和39.25 kDa,等电点分别为6.73和9.07;两条序列中均存在含有保守的HPD基序以及DNA-J结构域;蛋白三维结构中均由N端的4个α螺旋和C端的底物结合域构成。系统进化树显示:MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AglaHSP40-1和AglaHSP40-2遗传距离最近。RT-qPCR结果显示,高温胁迫可诱导松墨天牛HSP40基因的转录表达,雌雄成虫的MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别在35℃和37.5℃的条件下开始表达上调,在40℃或42.5℃时到达峰值,雄虫HSP40的相对表达量和上调倍数均高于雌虫;MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在松墨天牛雌雄成虫的各组织中均有表达,42.5℃处理3 h后,MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在各组织中的相对表达量均显著上调,精巢和卵巢中相对表达量最高。本研究表明MaltHSP40-1和MaltHSP40-2作为辅助分子伴侣,参与松墨天牛抵御高温胁迫。研究结果有助于深入探究热激蛋白在松墨天牛应对高温胁迫中的作用,也为揭示气候变暖背景下松墨天牛及松材线虫病的流行成灾机理提供理论依据。