摘要
亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus是农牧业重要的经济害虫，广泛分布于我国北方的荒漠草原区和农牧交错地带，喜食禾本科作物，常发生于过度放牧的草原和干旱生境中，被认为是内蒙古地区草原退化的指示物种。蝗虫的聚集行为是一种很普遍的现象，属于密度依赖型行为可塑性，是研究群集行为的典型模型。亚洲小车蝗具有典型的两型特征，群居型和散居型表型分化明显，前者体呈棕褐色，对植被破坏力较强；后者呈现与植被相似的绿色，行为较为隐蔽。在种群密度的胁迫作用下会发生散居型向群居型的转变，两型转变后的蝗虫更具破坏力，对农牧业发展和社会经济存在巨大威胁，蝗虫发生两型转变的机制是预防和控制蝗灾的关键，因此本研究通过密度胁迫实验探究了亚洲小车蝗种群密度、发育阶段与其两型转变的关系；通过液质联用技术 LC-MS对亚洲小车蝗散居型向群居型转变第1天和第5天时的代谢物进行测定，明确两型转变过程中代谢物变化；在基于密度诱导两型转变的基础上对亚洲小车蝗散居型向群居型转变第 1、3、5、7天分别进行了转录组测序，动态监测两型转变过程转录水平差异，筛选出参与两型转变的关键基因，并对差异表达基因在两型中的表达量进行qRT-PCR验证；利用RNAi技术对可能参与两型转变的关键基因进行功能验证；本研究为揭示亚洲小车蝗在种群密度胁迫下散居型向群居型转变的分子机制奠定了理论基础。主要结果如下： 1.相同种群密度处理下不同龄期亚洲小车蝗散居型向群居型转变比例不同，龄期越小两型转变比例越高，成虫不发生两型转变；不同密度胁迫下亚洲小车蝗两型转变比例不同，60 头/笼的密度时发生两型转变个体比例最高，低于或高于60头/笼时两型转变比例相对低；群居型蝗虫单独饲养表型不发生变化，表明亚洲小车蝗的两型转变是不可逆的。 2.亚洲小车蝗两型转变第1天和第5天时的代谢组学分析结果显示，两型转变第1天时，正负离子模式下检测到的代谢物共2696种，1135种下调积累，1561种上调积累；两型转变第5天时，正负离子模式下检测到代谢物共3527种，1994种下调积累，1533种上调积累。差异积累代谢物的功能富集显示氨基酸类物质变化活跃，其中L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-多巴和多巴胺等代谢物在亚洲小车蝗两型转变中发挥重要作用。 3.型变过程转录组测序第1，3，5，7天显著上调表达的基因数目分别为2120、4161、1343和488，显著下调表达的基因数目分别为1791、3317、1799、1369个，其中型变第3天时差异表达的基因数目最多，第7天时差异表达的基因数目最少，表明型变第3天时基因相互作用活跃，体内物质反应也相对活跃；大量的差异表达基因富集于不同功能的代谢通路，主要与生物合成代谢途径、脂类合成代谢途径、氨基酸合成代谢途径有较高的相关性。 4.采用RNAi技术对保幼激素甲基转移酶JHAMT、苯丙氨酸羟化酶PAH、多巴脱羧酶DDC、化学感受蛋白CSP四个基因进行沉默干扰，注射dsRNA后将再将其高密度处理，结果得出，分别注射四个基因的dsRNA后两型转变比例均显著降低，JHAMT、PAH、DDC基因沉默后有部分白化个体出现，表明这3个基因参与亚洲小车蝗表型的调控。两型转变过程的主要诱因是种群密度，代谢物水平的调控作用是通过基因与基因，基因与代谢物、代谢物之间的相互作用的实现。 通过本课题的研究，证明了昆虫保幼激素、多巴胺、化学感受蛋白合成相关基因参与调控了亚洲小车蝗散居型和群居型表型的转变，并且揭示在群居化过程中 JHAMT、PAH、DDC、CSP基因表达水平发生了相应的变化，其在型变过程中均呈上调表达的趋势，同时通过RNAi实验对JHAMT、PAH、DDC、CSP等参与调控亚洲小车蝗型变的基因进行了功能验证。从表观遗传学角度对亚洲小车蝗两型转变的分子机理进行了进一步的阐释。通过本论文的研究，可以为防止亚洲小车蝗大规模暴发和迁飞的药物筛选提供新的研究策略，同时对保护我国草原免遭毁灭性灾害具有重大的指导意义。
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