布拉迪小环腹瘿蜂影响寄主产卵的机制研究

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寄生蜂是许多农业害虫的重要天敌,是生物防治的重要组成部分。寄生蜂通常在寄主产生后代之前将寄主杀死,是寄主的致命天敌和控制害虫种群数量的重要因子。在长期的进化关系中,寄主昆虫也对寄生蜂形成了一系列复杂的防御机制,包括细胞免疫与体液免疫等。同时,防御行为也是一种快速、高效的抵御寄生蜂的方式,但其研究报道相对较少。防御行为反应往往是有代价且耗能的,在高风险时,防御行为有利于寄主生存;但在低风险时保持高度的防御行为反应,不仅消耗能量,也会影响机体的其它生命活动。因此,应对源于天敌的不同威胁程度,寄主昆虫作出恰当的应对决策尤为重要。本研究以布拉迪小环腹瘿蜂Leptopilina boulardi和黑腹果蝇Drosophila melanogaster为对象,探究寄主识别寄生蜂的方式、寄主对寄生蜂的风险评估能力、寄主对寄生蜂胁迫产生的防御行为及机理进行详细研究。主要得到以下结论:(1)低日龄布拉迪小环腹瘿蜂引起寄主产卵量显著降低。将寄主与不同种类的寄生蜂共存时,发现布拉迪小环腹瘿蜂雌性可诱导寄主产卵量减少50%左右,而非天敌寄生蜂和雄性寄生蜂则不会。将寄主长期与布拉迪小环腹瘿蜂雌蜂共存,发现一定时间后寄主的产卵量恢复正常。在寄主产卵量恢复的时间点,将寄主重新与低日龄或高日龄寄生蜂共存,发现与低日龄寄生蜂共存的寄主产卵又发生减少,而与高日龄寄生蜂共存的寄主产卵不发生改变。结果表明寄主产卵行为的变化是一种抵御天敌的防御行为,且与天敌寄生蜂年龄相关。(2)寄主通过视觉感知寄生蜂的搜寻行为识别其年龄。将视觉或嗅觉突变体寄主与布拉迪小环腹瘿蜂共存,发现嗅觉突变体减少产卵量,视觉突变体产卵量无变化,表明寄主通过视觉感知寄生蜂的危险。视觉神经元LC4功能失活后,寄主产卵减少的现象消失,说明LC4视觉神经元对感知寄生蜂的危险十分重要。检测不同日龄寄生蜂的寄生效率,发现其随年龄增加逐渐降低。敲低Orco基因和去掉触角能降低低日龄雌蜂的寄生能力,寄主产卵量不降低,表明寄主面对低威胁的寄生蜂不产生防御行为。进一步发现,高日龄、敲低Orco和去掉触角寄生蜂的搜寻频率和搜寻速度与低日龄寄生蜂相比显著下降,表明寄主通过视觉感知寄生蜂搜寻行为的变化判别寄生蜂年龄和风险,从而做出不同的应对策略。(3)布拉迪小环腹瘿蜂影响寄主排卵过程。将与低日龄和高日龄寄生蜂共存的寄主卵巢进行解剖观察,发现与低日龄寄生蜂共存的寄主卵巢明显大于对照组,且含有更多成熟卵;而与高日龄寄生蜂共存的寄主卵巢和对照组无明显差异。结果显示低日龄寄生蜂影响了寄主的排卵过程,导致寄主成熟卵滞留。接着,对影响排卵过程的关键指标,包括滤泡细胞破裂比例、Mmp2酶活和输卵管肌肉松弛等进行了检测,发现与低日龄寄生蜂共存能够显著降低寄主滤泡细胞破裂比例和Mmp2酶活性,并影响输卵管肌肉松弛;而与高日龄寄生蜂共存则没有影响。(4)章鱼胺参与调控寄生蜂胁迫下的寄主产卵行为。通过q PCR对寄主脑和腹神经索(ventral nerve cord,VNC)中的章鱼胺(octopamine,OA)合成基因(Tdc2和Tβh)进行定量分析,发现与低日龄寄生蜂共存的寄主VNC中OA合成基因表达量下降。通过免疫组织化学染色比较OA的含量,结果表明与低日龄寄生蜂共存后寄主VNC和生殖系统中的OA水平均降低。通过激活OA神经元和直接注射OA,表明激活OA神经元和提高OA含量均能显著恢复寄主的产卵量。因此,寄主在低日龄寄生蜂的胁迫下通过下调VNC中OA合成途径,降低生殖系统的OA含量,减少产卵量。综上所述,本研究发现了寄主适应性改变其产卵量以应对寄生蜂胁迫的防御策略,揭示了寄主对寄生蜂进行风险评估的依据以及产生防御行为的分子机制,为昆虫行为防御的研究和昆虫对天敌的风险评估提供了重要依据和参考。
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