营养对中华卵索线虫性比的影响

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hljfox
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鳞翅目害虫如棉铃虫(Helicoverpa armigera)等危害多种作物,造成严重经济损失。中华卵索线虫(Ovomermis sinensis)感染性的2期幼虫(J2)可主动寻找并寄生于棉铃虫血淋巴,对宿主致死率高,在害虫生物防治中具有广阔的应用前景。然而,该线虫在自然界中的数量与分布有限,阻碍了其对棉铃虫等害虫的防治效果。因此,大量培养该种自然天敌迫在眉睫。其中,线虫的性比可以调节其种群繁殖的数量。然而迄今,有关中华卵索线虫性别分化的机理目前还知之甚少,故深入探索影响线虫性比的因素及性别分化相关基因具有重要意义,不仅可以为昆虫病原索科线虫性别分化的机理研究奠定基础,而且还可为该种天敌线虫大量培养及释放策略的研究提供参数。  为初步了解线虫性别决定和性别分化发生的主要发育阶段,本研究首先利用体式显微镜观察了线虫(从卵到性成熟的整个生活史)发育过程中的形态结构特点。结果发现,从卵发育到具有感染性的2期幼虫再到寄生期第4天,没有出现明显的雌雄性别特征。但是,从棉铃虫体内脱出的寄生后期幼虫出现了雌雄个体大小不同的性别特征,经蜕皮进一步发育为成虫,可以明显观察到雌虫的阴道和阴道口、雄虫的交合刺等不同性别特征。据此,初步推测该线虫的性别决定和性别分化发生于寄生阶段。  为明确影响线虫性比的主要生理学参数(营养供给与获取),本研究进一步分析了感染强度、宿主大小、宿主龄期、宿主营养供给、线虫营养获取等参数。结果发现:(1)感染强度≤5时(4龄期棉铃虫幼虫,体长196±6.25mm、体重114.70±9.43mg)无雄线虫脱出;感染强度从10增大到40以上时,雄虫的比例由29.2±3.2%增大至100%,即雄线虫比例随着感染强度而增大;(2)宿主个体大小增大后,雄线虫的比例由52.5±4.1%降到15.2±1.6%;(3)宿主龄期由3龄增大到5龄,雄线虫比例由52.0±4.3%降低到29.2±3.2%;(4)雄线虫寄生时间为(7.5±0.2天),显著少于雌虫(10.7±0.5天);(5)限制宿主取食后,以上影响因素(感染强度、宿主大小、宿主龄期和寄生时间)对线虫性比的影响全部被改变;(6)反向的,从寄生期线虫主要消化酶(胰蛋白酶以及淀粉酶)活性发现,线虫摄取的营养越少越趋于发育为雄虫。这些结果表明,线虫性比与宿主的营养供给与线虫营养获取相关。  基于以上结果,为进一步确定影响其性比的基因,本研究首先对中华卵索雌雄线虫进行了转录组测序(因无基因组),参考模式线虫(Caenorhabditis elegans)性别决定通路进行blast筛选,得到性别分化同源基因:fox-1、laf-1、tra-3、ira-2、fem-1、tra-1、mab-3以及mab-7。进一步,通过比对分析寄生于正常取食宿主与取食限制宿主(4h/天)以上基因的表达,结果发现:(1)与正常取食宿主相比,寄生于取食限制宿主3天时的线虫ira-3、fem-1和mab-3表达上调,而mab-7表达下调,表明tra-3基因为上游表达基因,其表达上调促进fem-1表达,最终mab-3和mab-7表达启动,从而发育为雄虫;(2)寄生5天时,取食限制组线虫mab-3基因上调,而laf-1和mab-7却显著下调,即此时laf-1基因启动表达,进而促进mab-3表达上调,以及mab-7下调,导致雄虫比例增大;(3)寄生7天时,取食限制组线虫的laf1和mab-7下调,mab-3表达已无差异,表明雄虫性别形成已经完成,而mab-7下调可能与雄性性特征的形成相关;(4)寄生后期线虫中,fox-1和tra-1的mRNA表达量有显著性差异,说明fox-1和tra-1基因在中华卵索线虫性别分化信号转导途径中处于下游,可能与雌雄线虫的生殖腺发育相关;(5)正常取食组和取食限制组tra-2基因表达在各个时期均无显著性差异,可能tra-2基因不参与该线虫的性别决定。  综上,本研究首先通过对线虫形态结构进行观察,推测线虫性别分化发生于寄生期;进一步通过改变营养得出其性比与宿主的营养供给和线虫的营养获取相关;其次通过转录组测序筛选到与性别分化相关的8个候选基因;最后通过不同营养状况下性别分化基因的时空表达差异确定中华卵索线虫营养影响性别分化的基因。这些结果表明,某些环境因素(营养)影响了线虫性别分化基因的表达,最终对其性别决定产生了影响。本研究不仅为昆虫病原索科线虫性别分化的机理研究奠定基础,而且为大量培养该种自然天敌、成功繁殖并释放提供了科学参数。
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