分月扇舟蛾与仁扇舟蛾的形态学和生物学区别及其进化关系

分月扇舟蛾与仁扇舟蛾为重要的杨树食叶害虫,其成虫的外部形态、生活习性及危害方式十分相似,极易引起混淆,且二者在国内的分布区有重叠,给2种舟蛾的准确鉴定及监测带来困难。通过室内饲养观察,比较分月扇舟蛾与仁扇舟蛾的卵、幼虫、蛹和成虫不同虫态的形态特征和部分生物学特性,确定其在中国的分布范围;利用分子生物学方法扩增线粒体COⅠ基因的部分序列,比对分析二者的进化关系。

仁扇舟蛾幼虫肠道细菌多样性

利用Illumina HiSeq高通量测序技术对仁扇舟蛾(Clostera restitura)5龄幼虫前、中、后肠细菌的16S rDNA V4区序列进行测序,分析不同肠段细菌群落结构组成,比较细菌群落结构的差异性。结果表明:仁扇舟蛾5龄幼虫前、中、后肠细菌共归属于26个门,78个纲,142个目,267个科,392个属。其中,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)。在属水平上,主要有肠杆菌属(Enterobacter)、盐单胞菌属(Halomonas)、毛螺旋菌属(Lachnospira)、希瓦氏菌属(Shewanella)、拟杆菌属(Bacteroides)、不动杆菌属(Acinetobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、节杆菌属(Arthrobacter)、罗斯氏菌属(Roseburia)、颤螺旋菌属(Oscillospira)、假单胞菌属(Pseudomonas)。从不同肠段细菌群落α多样性可知,中肠的物种多样性最高,后肠的物种丰富度最高,前肠的物种多样性、丰富度均最低。样本层级聚类及PCoA分析可知,中肠和后肠的群落结构相似性较高。LEfSe差异分析结果显示,中肠的差异细菌种类最多。仁扇舟蛾5龄幼虫前、中、后肠的细菌群落结构物种组成及丰度不同,且多样性存在差异,肠道细菌在提高宿主对环境的适应性上发挥作用。

仁扇舟蛾化学感受蛋白cDNA的克隆、序列分析及时空表达

【目的】通过克隆仁扇舟蛾化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)覆盖编码区的cDNA序列全长并研究其特征以及在不同发育阶段、不同日龄、不同组织的表达情况,为研究该蛋白在仁扇舟蛾化学感受系统中的作用奠定基础。【方法】利用转录组测序和RACE技术克隆CresCSP3的覆盖编码区的全长cDNA序列,使用在线工具预测其信号肽、等电点、分子质量和三维结构。利用Blast进行同源性对比,并用MEGA 6.0软件Neighbor-joining法构建进化树,进而分析其与鳞翅目其他12种昆虫化学感受蛋白的亲缘关系。应用qRT-PCR技术对CresCSP3在不同发育阶段,羽化后1~6日龄雌雄成虫触角以及在雌雄成虫头(不含触角)、触角、足、翅不同组织的表达情况进行分析。【结果】克隆获得仁扇舟蛾1条化学感受蛋白基因的cDNA序列全长,命名为CresCSP3。cDNA全长为545 bp,包括61 bp的5'非翻译区,100 bp的3'非翻译区以及384 bp的开放阅读框,编码127个氨基酸残基,成熟蛋白分子质量14.34 kD,等电点5.75,预测N末端含有18个氨基酸组成的信号肽。CresCSP3的三维结构由6个α-螺旋组成,形成1个疏水性的结合腔,具有化学感受蛋白家族的典型特征。氨基酸序列比较显示仁扇舟蛾化学感受蛋白氨基酸序列与棉铃虫、烟青虫及双委夜蛾比较相近,与亚洲玉米螟和小菜蛾也较为相近,与小菜蛾的CSP相似性最高,氨基酸序列相似性达到61%,而与茶尺蠖的EObl CSP2氨基酸序列的相似性只有27%。系统进化树分析表明,CresCSP3并没有与其他种类聚为一支。qRT-PCR结果表明:CresCSP3在不同发育阶段均有表达,卵期及蛹期表达量较低,并在4龄时达到高峰。CresCSP3在雌雄成虫触角均有分布,但表达情况有差异,雄虫前4天CresCSP3的表达量高于雌虫,3~4天出现高峰,而雌虫于羽化后4、5天出现表达高峰;CresCSP3在触角、头、足和翅中均有分布,相对表达量触角中均为最高,且在雄虫触角中高于雌虫触角。【结论】明确了仁扇舟蛾化学感受蛋白基因仁扇舟蛾化学感受蛋白CresCSP3的结构特征。CresCSP3与其他12种鳞翅目昆虫的CSP亲缘关系较远,表明化学感受蛋白家族的多样性。不同发育阶段CresCSP3的表达方式表明该基因参与仁扇舟蛾在幼虫取食过程中的寄主定位。不同日龄雌、雄虫触角中CresCSP3的表达量特性表明CSP3参与雄虫交配行为和配偶定位,也可能参与雌虫产卵过程中的寄主定位。CresCSP3在雌、雄成虫的触角中表达量最高,可能是因为昆虫主要通过触角感受外界挥发性气味分子,而翅、足、头部一定程度上也会参与对外界环境的感知,CresCSP3的广泛分布表明其对仁扇舟蛾识别环境中复杂的化学信号的从而使机体做出准确的反应起到重要作用。

仁扇舟蛾幼虫肠道可培养细菌群落结构分析

【目的】了解仁扇舟蛾(Clostera restitura)肠道共生细菌的主要类群及其群落结构特征,明确仁扇舟蛾幼虫前、中和后肠可培养细菌的种类及群落结构组成,为进一步研究特异功能细菌的生理生化特征和功能提供基础。【方法】选取仁扇舟蛾5龄幼虫进行肠道解剖,分离前、中和后肠不同肠段,研磨稀释10^(-1)~10^(-6),分别涂布于NA和LB固体培养基上,每个处理重复3次,28℃培养72 h。后对前、中和后肠可培养细菌进行分离纯化培养,提取细菌基因组DNA,利用16S rDNA基因序列分析和PCR扩增技术,获得细菌基因组序列,后与NCBI GenBank数据库进行Blast同源性比对,参考序列相似度98%以上近缘序列的物种信息,结合菌落形态特征和生理生化特性鉴定细菌种类,利用MEGA 7.0软件,采用邻接法(Neighbor-Joining)构建系统进化树。【结果】从仁扇舟蛾5龄幼虫的前、中和后肠中共分离获得22株可培养细菌,分属于变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),共13个属,22个种。其中:假单胞菌属(Pseudomonas)4株,罗尔斯通菌属(Ralstonia)3株,芽孢杆菌属(Bacillus)3株,嗜麦芽寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)2株,气球菌属(Aerococcus)2株,其余微小杆菌属(Exiguobacterium)、微球菌属(Micrococcus)、短小杆菌属(Curtobacterium)、伯克氏菌属(Burkholderia)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、节杆菌属(Arthrobacter)、短状杆菌属(Brachybacterium)和两面神菌属(Janibacter)各1株。细菌的种类存在差异,前、中和后肠不同肠段的细菌种类分别为5、10和7种。3个肠段共有的细菌种类是皮氏罗尔斯菌(Ralstonia pickettii)和斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)。【结论】仁扇舟蛾5龄幼虫肠道的可培养细菌种类较为丰富,其中以变形菌门和厚壁菌门为优势菌群。不同肠段中可培养细菌的多样性和群落结构存在差异,其中以中肠可培养细菌种类较为丰富。此次从仁扇舟蛾肠道中分离到与单宁降解相关的细菌,分析表明仁扇舟蛾肠道菌群与宿主的取食习性有关,肠道细菌可能在克服植物次生代谢物质的化学防御上发挥作用。