滞育七星瓢虫的代谢适应与抗寒性评价

滞育是部分昆虫固有的适应逆境胁迫的遗传属性,七星瓢虫具有显著的滞育现象。本文以七星瓢虫雌成虫为试材,研究正常发育、滞育及滞育解除后3组处理试虫糖、脂、蛋白等关键代谢物质含量波动规律,总结滞育期间的代谢适应特点,解析其与过冷却能力的相关性,探索滞育对七星瓢虫逆境胁迫耐受力的促升效应,丰富七星瓢虫的滞育基础理论研究。利用物质干湿重差数法测定七星瓢虫的含水量;利用氯仿-甲醇(体积比为2∶1)法抽提除去自由水个体的脂肪;总糖、海藻糖、甘油、山梨醇及总蛋白的测定采用标准曲线法,利用SUN-II型智能昆虫过冷却点测定仪测定七星瓢虫的过冷却点(supercooling point,SCP)。结果表明,七星瓢虫滞育组含水量(58.11%±6.55%)显著低于正常发育组(68.49%±2.26%)和滞育解除组(65.84%±4.02%)(F=8.15,P0.01),滞育解除后含水量恢复至正常发育组水平;滞育组总糖(10.60±0.54μg/mg)、糖原(8.72±0.62μg/mg)、脂肪(173.66±19.01μg/mg)含量远远高于正常发育组和滞育解除组(F=46.57,P=0.0006;F=114.25,P0.0001;F=8.48,P0.01);滞育组总蛋白含量(49.20±3.80μg/mg)显著低于正常发育组(71.02±6.15μg/mg)和滞育解除组(69.45±4.66μg/mg)(F=46.57,P=0.0006);滞育组中海藻糖(1.31±0.27μg/mg)、甘油(1.74±0.50μg/mg)、山梨醇(9.84±3.02μg/mg)含量与正常发育组、滞育解除组无显著性差异(F=0.79,P=0.4946;F=1.33,P=0.3004;F=1.69,P=0.2387)。七星瓢虫在滞育条件下其过冷却点(-16.53℃±1.44℃)显著低于正常发育组(-14.07℃±1.33℃)和滞育解除组(-15.29℃±2.10℃)(F=13.47,P0.0001),经过滞育低温驯化后滞育解除组过冷却点较对照组有所降低。滞育诱发七星瓢虫发生显著的代谢适应,蛋白含量显著降低,抑制新陈代谢进程;糖脂含量显著升高,保障滞育维持及解除后发育的能量需求;七星瓢虫滞育属糖原积累型;滞育个体过冷却点大幅下降,耐寒性显著提升。     

滞育昆虫营养物质的积累、转化与调控

滞育是昆虫度过不良环境的一种生存适应策略,营养物质的利用、积累和转化影响昆虫的滞育。滞育期间,昆虫体内发生一系列生理生化变化,包括脂类、碳水化合物和氨基酸等内源营养物质呈特异性地积累或转化,保障了滞育个体在逆境中存活及滞育解除后发育的能量需求。外源营养物质对昆虫滞育的影响较复杂,其种类、丰度、质量能通过"食料-寄主-天敌"营养关系进行传递,影响昆虫体内营养物质的积累和转化,改变昆虫的耐寒性、滞育率等,制约昆虫的滞育深度、滞育存活率。滞育昆虫营养物质积累、利用机制复杂多样,胰岛素信号通路-叉头转录因子以及激脂激素的调控效应在滞育诱导及营养物质转化中起到了关键的调控作用,但滞育的系统性调控仍需进一步深入研究。     

七星瓢虫滞育关联基因的转录组学分析

对七星瓢虫正常发育、滞育以及滞育解除的雌成虫进行RNA测序,并对筛选出来的滞育相关基因进行KEGG通路富集分析,从分子水平解析七星瓢虫滞育发机理。本研究以正常发育产卵、滞育30 d以及滞育贮存30 d后解除产卵的七星瓢虫雌成虫为研究对象,分别抽提RNA,合成c DNA,构建c DNA文库,文库检测合格后在Illummina Hiseq 2500测序仪上进行双向测序。根据测序结果,共获取unigene 82820个。采用两两比较法对正常发育组和滞育组、滞育组和滞育解除组进行差异表达分析,分别获得差异表达基因3501个和1427个。深入分析两组比对结果,将在滞育组上调且滞育解除组下调的unigene定义为滞育关联基因,共有443个基因为滞育关联基因。应用KEGG KAAS在线pathway比对分析工具对滞育关联基因进行通路富集分析,结果发现这些基因主要集中在碳水化合物代谢、脂质代谢以及信号转导等途径中。