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Cloning and prokaryotic expression of odorant binding protein OBP8 in MED cryptic species Bemisia tabaci and the binding characteristics with plant volatiles

烟粉虱MED隐种气味结合蛋白OBP8的克隆、原核表达及与植物挥发物的结合特性



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2016, 43(1): 32 - 39 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2016􀆰 01􀆰 005
基金项目:国家自然科学基金(31471773),北京市叶类蔬菜创新团队建设(BLVT⁃13),国家科技支撑计划(2012BAD19B00)
∗通讯作者(Author for correspondence), E⁃mail: luochen1010@ 126. com
收稿日期: 2015 - 08 - 12
烟粉虱 MED隐种气味结合蛋白 OBP8 的克隆、
原核表达及与植物挥发物的结合特性
王  然1   张晓曼1   李峰奇1   吴  帆2   李红亮2   罗  晨1∗
(1.北京市农林科学院植物保护环境保护研究所, 北京 100097; 2.中国计量学院生命科学学院, 浙江 杭州 310018)
摘要: 烟粉虱为重要的入侵性经济作物害虫,对入侵地寄主植物存在选择性和偏好性。 为明确烟
粉虱气味结合蛋白(odorant binding protein,OBPs) 的相关特性,通过克隆其 OBP8 基因 BtabOBP8,
进行同源基因进化关系分析,构建原核表达载体诱导表达重组蛋白,并利用基于荧光探针 N⁃苯基⁃
1⁃萘胺(N⁃phenyl⁃1⁃naphthylamine,1⁃NPN)的荧光竞争结合试验测试了 BtabOBP8 与不同寄主植物
挥发物的结合功能。 结果表明,BtabOBP8 基因的开放阅读框全长 480 bp,编码 159 个氨基酸,与半
翅目其它害虫的 OBP8 基因进化关系较远。 BtabOBP8 蛋白重组后,4 种化合物即 β⁃紫罗兰酮、月桂
烯、柠檬烯和 P⁃伞花烃将 1⁃NPN 的相对荧光强度降低到 50%以下,其中 β⁃紫罗兰酮和月桂烯与
BtabOBP8 的结合能力最强,解离常数分别为 13􀆰 32 μmol / L 和 21􀆰 53 μmol / L。 表明 β⁃紫罗兰酮和
月桂烯与 BtabOBP8 具有良好的亲和力,推测 BtabOBP8 对 β⁃紫罗兰酮和月桂烯的识别可能参与了
烟粉虱对绿色开花植物的吸引和选择作用。
关键词: 烟粉虱; 气味结合蛋白 8; 基因克隆; 原核表达; 植物挥发物竞争结合
Cloning and prokaryotic expression of odorant binding protein OBP8
in MED cryptic species Bemisia tabaci and the binding
characteristics with plant volatiles
Wang Ran1   Zhang Xiaoman1   Li Fengqi1   Wu Fan2   Li Hongliang2   Luo Chen1∗
(1. Institute of Plant and Environmental Protection, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences,
Beijing 100097, China; 2. College of Life Sciences, China Jiliang University,
Hangzhou 310018, Zhejiang Province, China)
Abstract: Bemisia tabaci (Gennadius) is one of the most important pests on a series of economic crops
and exhibits obvious host plant selection and preference. To characterize odorant binding proteins
(OBPs), in the present study, one novel OBP gene of B. tabaci, named BtabOBP8, was cloned and
analyzed. After phylogenetic analysis, a prokaryotic expression vector was constructed, and the
expression of recombinant protein BtabOBP8 was induced. The competitive fluorescence assay using N⁃
phenyl⁃1⁃naphthylamine (1⁃NPN) as a fluorescence probe was also conducted to test the function of
BtabOBP8 binding with different volatiles. The results showed that the full⁃length open reading frame
(ORF) of BtabOBP8 was 480 bp, encoding 159 amino acids. BtabOBP8 was distinctly different from
other known OBP8 in hemipteran pests. Based on the recombinant protein, there were four plant volatiles
preferred to bind with BtabOBP8 with half affinity, including β⁃ionone, myrcene, ( + / - )⁃limonene and
4⁃cymene, and β⁃ionone and myrcene had the strongest binding with BtabOBP8, and the dissociation
constants were 13􀆰 32 μmol / L and 21􀆰 53 μmol / L, respectively. It was assumed that the recognition of
BtabOBP8 to β⁃ionone and myrcene might be involved in host⁃preference mechanisms which were
associated with the olfactory recognization in B. tabaci.
Key words: Bemisia tabaci; odorant⁃binding protein 8 (OBP8); gene cloning; prokaryotic expression;
competitive binding of plant volatiles
    昆虫触角及其身体上多种复杂的化学感受器官
在通讯过程中起着关键的作用,这些重要的化学感
受器官能够使得昆虫成功地完成觅食、交配、产卵、
识别与趋避等一系列重要行为,在环境中正常存活
(Robertson et al. ,2003;Swanson et al. ,2009)。 昆虫
嗅觉感受器中的相关蛋白主要包括气味结合蛋白
(odorant⁃binding proteins, OBPs)、化学感受蛋白
(chemosensory proteins,CSPs)、嗅觉受体 ( olfactory
receptors,ORs)、气味降解酶( odorant degrading en⁃
zymes,ODEs)和嗅觉神经元膜蛋白( sensory neuron
membrane proteins,SNMPs),其中对 OBP 的研究最
为深入。 上世纪 80 年代,OBP 在多音天蚕蛾 An⁃
theraea polyphemus的雄蛾触角中被首次发现(Vogt
& Riddiford,1981),之后逐渐开始了对 OBP 的研
究。 OBP在昆虫的嗅觉器官及味觉器官中大量表
达(Vogt et al. ,1991;McKenna et al. ,1994),其主要
作用是结合和运输气味较小的气味分子 ( Stein⁃
brecht,1998)。 OBP作为昆虫专一识别外界气味的
第一步化学反应,对昆虫与外界进行化学信息交流
具有重要的意义(Ko & Park,2008)。 近年来国内对
OBP的研究也日益增加,如甜菜夜蛾 Spodoptera ex⁃
igua的 GOBP2 基因(王桂荣等,2001)、烟实夜蛾
Helicoverpa assulta触角普通气味结合蛋白(巩中军
等,2005)、苜蓿盲蝽 Adelphocoris lineolatus 气味结合
蛋白(谷少华等,2010)、橘小实蝇 Bactrocera dorsalis
气味结合蛋白 BdorOBP2(陈玲等,2013)及中华蜜
蜂 Apis cerana 普通气味结合蛋白(李红亮等,2008;
2013)等。
烟粉虱 Bemisa tabaci (Gennadius)属半翅目粉
虱科小粉虱属,至少有 28 个隐种(Gnankine et al. ,
2013),其寄主广泛,在我国多个地区均有分布。 烟
粉虱主要通过取食植物汁液、分泌蜜露和传播病毒
危害植物生长,致植物停止发育,其中烟粉虱隐种
Middle East⁃Asia Minor 1 (MEAM 1)和Mediterranean
(MED)是入侵性最强和危害农作物最严重的 2 种
烟粉虱隐种。 近年来,烟粉虱隐种 MED在部分地区
逐步成为优势种群 ( Luo et al. ,2010;Hu et al. ,
2011;Rao et al. ,2011)。 烟粉虱在不同寄主植物上
的相对适合度不同,导致其对不同寄主植物有不同
的偏好性(Costa et al. ,1991;张永军等,2003;郭建
英等,2011)。 这种偏好主要是通过寄主植物的挥
发物及物理识别,如已有研究表明 1,8⁃桉树脑对烟
粉虱有引诱作用,丁子香酚、苎烯、里那醇和月桂烯
分别在 10 - 4 ~ 10 - 6、10 - 1 ~ 10 - 4、 10 - 1 ~ 10 - 4 和
10 - 1 ~ 10 - 4倍时有引诱作用(曹凤勤等,2008),在
烟粉虱对这些植物挥发物的识别过程中,OBP 起到
了重要的作用。 目前,对烟粉虱 OBP的相关研究较
少,仅见对烟粉虱 OBP 基因的预测(张岚,2011)。
而研究烟粉虱 OBP与寄主植物挥发物的结合特性,
有助于更清楚地了解烟粉虱寄主选择机制。 本试验
通过对烟粉虱的转录组测序结果进行分析,获得一
条 OBPs家族基因,序列比对结果表明其与多种昆
虫 OBP8 基因序列具有较高相似性,命名为 OBP8,
对其进行了基因克隆和原核表达,并利用配基结合
试验对其结合功能进行了验证,以期为烟粉虱嗅觉
感受功能的机理研究及制定合理的绿色防控措施奠
定理论基础。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试昆虫:烟粉虱隐种 MED采自中国农业科学
院蔬菜花卉研究所,在北京市农林科学院温室建立
种群,寄主植物为棉花 Gossypium hirsutum L. ,品种
石远 321,繁衍 3 代后用于试验。 烟粉虱在 L ∶ D =
16 h ∶ 8 h 光周期、温度 25 ~ 28℃、相对湿度 60% ~
80%的条件下继代饲养。
试剂:总 RNA提取所用 TRIzol购于美国英杰生
命(Invitrogen)技术有限公司;反转录试剂盒 Primer
ScriptTM 1 st Strand cDNA Synthesis System、限制性核
酸内切酶、pMD18⁃T 载体和 T4 DNA 连接酶,宝生物
工程 (大连) 有限公司;大肠杆菌 DH5α、 BL21
(DE3)感受态细胞和 pET⁃30a( + )表达载体,本实
验室自备;X⁃Gal、卡那霉素、IPTG、甲醇和层析柱,生
工生物工程(上海)股份有限公司;凝胶回收和质粒
331 期 王  然等: 烟粉虱 MED隐种气味结合蛋白 OBP8 的克隆、原核表达及与植物挥发物的结合特性
提取试剂盒,美国 Axygen 公司;N⁃苯基⁃1⁃萘胺(N⁃
phenyl⁃1⁃naphthylamine,1⁃NPN),梯希爱(上海)化成
工业发展有限公司。 β⁃紫罗兰酮(β⁃ionone)、月桂烯
(myrcene)、P⁃伞花烃(4⁃cymene)、柠檬烯(( + / - )⁃
limonene)、壬醛 ( nonanal)、顺⁃3⁃己烯⁃1⁃醇 ( cis⁃3⁃
hexen⁃1⁃ol)、反⁃2⁃己烯醛( trans⁃2⁃hexenal)、桉树脑
(1,8⁃cinede),北京百灵威科技有限公司。 培养基:
LB(Luria⁃Bertani)培养基 10 mL:Kan 50 μg / mL、琼
脂粉 10 g / L、胰蛋白胨 10 g / L、酵母提取物 5 g / L、氯
化钠 10 g / L。
仪器:SMZ 1500 显微镜,尼康仪器(上海)有限
公司;Powercycler PCR仪,德国耶拿分析仪器(Ana⁃
lytik Jena)股份公司。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 烟粉虱头部解剖收集
将烟粉虱 MED隐种雌成虫收集在 1􀆰 5 mL离心
管中,置于 4℃下 15 min,取 10 头烟粉虱放到载玻片
上的 RNAstore缓冲液中,在显微镜下解剖头部,将头
部转移到装有 200 μL 的 TRIzol 离心管中。 如此重
复,直到样品数量积累到 800头左右用于 RNA提取。
1􀆰 2􀆰 2 烟粉虱头部总 RNA的提取及 cDNA合成
RNA的提取采用 TRIzol 法(张亚楠,2014),取
已解剖好的 800 头烟粉虱头部放入 200 μL 的 TR⁃
Izol中,用研磨器充分研磨后在 200 μL 的 TRIzol 离
心管中加入 800 μL的 TRIzol, - 80℃保存备用。
cDNA的获得采用 Primer ScriptTM 1 st Strand cD⁃
NA Synthesis System反转录试剂盒,在无核酶的 1􀆰 5
mL离心管中加入 Oligo dT Primer 1 μL、dNTP Mix 1
μL、Template RNA 2 μL、 Free ddH2O 6 μL,共 10
μL,65℃ 5 min后急冷,在反应后的体系中加入 5 ×
Primescript Buffer 4 μL、40 U / μL RNase Inhibitor 0􀆰 5
μL、200 U / μL Primescript RTase 1􀆰 0 μL、RNA Free
ddH2O 4􀆰 5 μL,共 20 μL。 PCR反应条件为:30℃ 10
min,42℃ 50 min,95℃ 5 min。 即得到反转录 cD⁃
NA。 - 20℃下保存备用。
1􀆰 2􀆰 3 烟粉虱 OBP8 基因的克隆
引物设计与合成:通过对烟粉虱转录组测序结
果分析,获得一条 OBPs 家族基因,生物信息学分析
发现此嗅觉蛋白含有 6 个半胱氨酸,序列比对结果
表明其与多种昆虫 OBP8 基因序列具有较高相似
性,因此命名为烟粉虱 OBP8 ( BtabOBP8)。 利用
Primer Premier 5􀆰 0 软件设计引物,由生工生物工程
(上海)股份有限公司合成,PCR 扩增 BtabOBP8 全
长,为了便于后续原核表达,基因片段正反向引物分
别引入 BamH I 和 Hind Ⅲ 酶切位点 (下划线表
示),上下游引物为 BtabOBP8e⁃F: 5′⁃CCGGATC⁃
CATGAACAATCTTATGGTGTTTTCG⁃3′; BtabOBP8e⁃
R: 5′⁃CCAAGCTTTTAGCCTTTGGGCACTGATGTTAAG
C⁃3′。 BtabOBP8 基因扩增和重组表达载体的构建:
以 cDNA 第一链为模板,利用 BtabOBP8 引物进行
PCR扩增,20 μL扩增体系为:ddH2O 9 μL、rTaq Mix
8 μL、cDNA 1 μL、上游引物 1 μL、下游引物 1 μL。
PCR反应程序为 95℃ 3 min,预变性 95℃ 40 s,63℃
40 s,72℃ 50 s,32 个循环,最后 72℃ 10 min 延伸。
扩增产物经 1%琼脂糖凝胶电泳检测并回收纯化,
回收片段克隆于 pMD18⁃T载体,连接产物转化至大
肠杆菌,将菌液均匀涂布在 LB 固体培养基上培养,
形成单菌落,37℃倒置培养 12 ~ 16 h 过夜。 经过蓝
白斑筛选后挑选白色单菌落,加入含有 1 mL LB 固
体培养基 1􀆰 5 mL的离心管中,过夜培养,菌落 PCR
鉴定为阳性后,由上海桑尼生物技术有限公司完成
序列测定。
1􀆰 2􀆰 4 BtabOBP8 的序列测定及分析
将测序结果在 NCBI 上利用 BLAST 进行序列相
似性搜索,并在 NCBI 上下载与其序列相似性高的
OBP,分别为蚕豆蚜 Aphis fabae(序列号:FM242556)、
大豆蚜 Aphis glycines(序列号:KF923849)、棉蚜 Aphis
gossypii(序列号:KC161561)、灰飞虱 Laodelphax stria⁃
tella(序列号:KC516752)、桃蚜 Myzus persicae(序列
号:FM242547)、褐飞虱 Nilaparvata lugens(序列号:
KC516724)、麦长管蚜 Sitobion avenae (序 列 号:
GQ888708)、白背飞虱 Sogatella furcifera (序列号:
KC516733),进化树构建使用 Clustal X 1􀆰 83和MEGA
4􀆰 0软件中的邻接法,1 000次重复,cut⁃off value的值
为 50%。 采用在线蛋白质分析软件(http: / / web. ex⁃
pasy. org / cgi⁃bin / protparam / protparam)及 Signa IP 3􀆰 0
Server 软件 ( http: / / www. cbs. dtu. dk / services / Sig⁃
nalP / )进行分析。
1􀆰 2􀆰 5 BtabOBP8 重组蛋白的原核表达与纯化
提取阳性克隆质粒,经 BamH Ⅰ和 Hind Ⅲ双酶
切后,与经过相同酶切的 pET⁃30a( + )载体在 4℃用
T4 连接酶进行连接,转化宿主大肠杆菌 Trans 5α 感
受态细胞后,提取质粒进行酶切鉴定阳性克隆,将阳
性克隆转化到 BL21(DE3)感受态细胞中。 诱导表
达蛋白并用 Bradford 方法测定重组蛋白的浓度(吴
帆等,2015)。
1􀆰 2􀆰 6 BtabOBP8 蛋白的配基结合
参考吴帆等(2015)方法,以 1⁃NPN 作为 Bta⁃
43 植  物  保  护  学  报 43 卷
bOBP8 竞争性结合荧光探针,分别以 β⁃紫罗兰酮、
月桂烯、P⁃伞花烃、柠檬烯、壬醛、顺⁃3⁃己烯⁃1⁃醇、
反⁃2⁃己烯醛和桉树脑为配基,设置波长为 282 nm,
逐渐加入 1⁃NPN 并记录荧光发射光谱及最大发射
光谱处时的荧光强度,计算 Scatchard 方程线性化光
谱数据和候选配基解离常数(KD): ([Dt] - [D]) /
[D] = - K([Dt] - [D]) + nK[Pt],KD = IC50 / (1 +
[1⁃NPN] / K1⁃NPN)
2 结果与分析
2􀆰 1 BtabOBP8 基因克隆、载体构建及表达纯化
通过对烟粉虱 MED隐种头部的 RNA提取、cD⁃
NA反转录、基因扩增及连接转化得到 OBP8 基因。
开放阅读框全长 480 bp,编码 159 个氨基酸,大小约
17􀆰 94 kD,等电点为 8􀆰 16,含有 6 个保守的半胱氨
酸,为可溶性的酸性小分子蛋白。 信号肽预测结果
表明,5′端(N⁃末端疏水区)从起始位置开始共有 21
个氨基酸组成的信号肽(图 1),符合 OBP 的保守特
性。 表明烟粉虱 BtabOBP8 具有气味结合蛋白的典
型特征。
经 IPTG 诱导目的蛋白的表达,分离纯化后得
到蛋白电泳图(图 2),泳道 4 为纯化后的 OBP8 重
组蛋白。 将 BtabOBP8 洗脱液进行充分透析,稀释
浓度至 1􀆰 5 μmol / L保存备用。
图 1 烟粉虱 BtabOBP8 的核苷酸及氨基酸序列
Fig. 1 Nucleotide and deduced amino acid sequences of
BtabOBP8 gene of Bemisia tabaci
下划线部分为信号肽,方框为保守的半胱氨酸。
Underlined is signal peptide, and square frame is conserved
cysteines.
 
2􀆰 2 BtabOBP8 基因及编码蛋白分析
通过基因测序分析,烟粉虱 BtabOBP8 基因符
合 OBP 的蛋白组成特征,利用 BLAST 对烟粉虱
图 2 重组 BtabOBP8 蛋白的诱导表达及纯化
Fig. 2 Expression and purification of the recombinant
BtabOBP8 protein
1: 未诱导的 pET30a⁃CSP1 的 BL21 菌体; 2: 诱导
后的 pET30a⁃CSP1 的 BL21 菌体; 3: 第 1 次上样过柱后
的洗脱液; 4: 纯化后的 OBP8 蛋白; M: 蛋白 marker。
1: Bacterial products containing pET30⁃CSP1 without IPTG
induction; 2: bacterial products containing pET30⁃CSP1
with IPTG induction; 3: the supernatant of expression prod⁃
ucts after operated by affinity column; 4: separated and pu⁃
rified recombinant protein OBP8; M: protein molecular
weight marker.
 
OBP8 进行同源检索,发现与其它同目昆虫的 OBP8
相似性最高,在 NCBI 上对其它 8 种同目昆虫的
OBP8 进行应用序列进化分析,对包括烟粉虱 OBP8
在内的 9 种半翅目昆虫气味结合蛋白 OBP8 构建系
统进化树,发现 BtabOBP8 的进化分支较为独立(图
3),说明其与半翅目其它农业害虫 OBP8 的进化关
系较远。
2􀆰 3 BtabOBP8 与候选配基结合
在 1􀆰 5 μmol / L BtabOBP8 中逐次加入 1⁃NPN 溶
液,并在 281 nm 激发波长下记录 418 nm 处的荧光
峰值,BtabOBP8 和 1⁃NPN 的相关系数为 0􀆰 9985,
Scatchard 方程线性化后的相关系数为 0􀆰 9843 (图
4),拟合相关性较高。 BtabOBP8 与 1⁃NPN 的解离
常数为 3􀆰 08 μmol / L,表明作用较强。 结合位点数 n
为 0􀆰 70,表明 BtabOBP8 与 1⁃NPN基本能完全结合,
说明 1⁃NPN适合作为 BtabOBP8 竞争性荧光结合试
验的报告子。
    以 1⁃NPN 作为报告子进行候选配基竞争性结
合试验,根据各个候选配基能替换 50%1⁃NPN 时的
浓度、混合物中游离 1⁃NPN 的浓度和解离常数
531 期 王  然等: 烟粉虱 MED隐种气味结合蛋白 OBP8 的克隆、原核表达及与植物挥发物的结合特性
图 3 烟粉虱气味结合蛋白 OBP8 与其相关昆虫 OBP8 的系统发育树
Fig. 3 Phylogenetic tree of odorant⁃binding proteins (OBP8) of Bemisia tabaci and related insects
 
图 4 BtabOBP8 重组蛋白与 1⁃NPN的结合分析
Fig. 4 Binding curve of 1⁃NPN with recombinant BtabOBP8 protein
 
K1⁃NPN值,计算各个候选配基解离常数 KD值,结果显
图 5 候选配基与 1⁃NPN竞争结合重组 BtabOBP8 蛋白
Fig. 5 Competitive binding of candidate ligands with the
complex of 1⁃NPN and recombinant BtabOBP8 protein 
示,β⁃紫罗兰酮、月桂烯、柠檬烯和趋避化合物 P⁃伞
花烃能将 1⁃NPN的相对荧光强度降低到 50%以下,
其中 BtabOBP8 与 β⁃紫罗兰酮和月桂烯的竞争结合
能力更强,在 200 μmol / L时将 1⁃NPN报告子的相对
荧光值分别竞争到 35%以下(图 5),解离常数分别
为 13􀆰 32 μmol / L和 21􀆰 53 μmol / L(表 1),说明 β⁃紫
罗兰酮和月桂烯与 BtabOBP8 具有较强的结合
能力。
3 讨论
植物挥发物在昆虫的化学通讯中具有非常重要
的功能,主要包括其对昆虫趋向行为、趋避行为、繁
殖行为的影响及对昆虫的致死作用 (张亚楠,
2014)。 植物对烟粉虱的趋避及引诱取决于烟粉虱
对植物挥发物的识别,烟粉虱对不同的寄主植物有
不同的偏好性,在这个过程中嗅觉蛋白 OBPs 起到
了重要的作用。 近些年,国内外许多学者对昆虫
OBPs 的表达特性进行了研究。 Sun et al. (2012)研
究表明蚜虫 OBPs 涉及解码气味和信息素的化学信
息,(E)⁃β⁃法尼烯能够与豌豆蚜 Acyrthosiphon pisum
及桃蚜 OBP3 和 /或 OBP7 结合,作为良好的驱虫剂。
此外,Wang et al. (2014)发现,雄性榕小蜂 Ceratoso⁃
len solmsi CsolOBP1 和 CsolOBP2(或 CsolOBP5)在择
偶中发挥着重要作用,而雌性榕小蜂 CsolOBP4 和
CsolOBP5 可能主要通过识别无花果产生的挥发性
63 植  物  保  护  学  报 43 卷
     表 1 候选配基与 1⁃NPN 竞争结合重组 BtabOBP8 蛋白
Table 1 Competitive binding of candidate ligands
with 1⁃NPN and recombinant BtabOBP8 protein
化学配基
Chemical ligand
IC50
(μmol / L)
解离常数 KD(μmol / L)
Dissociation constant
β⁃紫罗兰酮
β⁃ionone
29􀆰 79 13􀆰 32
月桂烯
Myrcene
48􀆰 15 21􀆰 53
P⁃伞花烃
4⁃cymene
112􀆰 45 50􀆰 27
柠檬烯
( + / - )⁃limonene
160􀆰 78 71􀆰 88
壬醛
Nonanal
294􀆰 55 131􀆰 69
顺⁃3⁃己烯⁃1⁃醇
Cis⁃3⁃hexen⁃1⁃ol
367􀆰 37 164􀆰 24
反⁃2⁃己烯醛
Trans⁃2⁃hexenal
390􀆰 75 174􀆰 70
桉树脑 1,8⁃cinede 436􀆰 29 195􀆰 06
化合物而找到寄主。 烟粉虱对不同寄主植物存在明
显的偏好性(林克剑等,2008),利用烟粉虱的这种
寄主偏好性,在目标植物附近种植引诱植物或驱避
植物,可有效地减少目标植物上烟粉虱的种群数量。
研究烟粉虱气味结合蛋白的功能,有助于揭示烟粉
虱对寄主植物的选择机理。
本研究通过分析烟粉虱气味结合蛋白 Bta⁃
bOBP8 与植物挥发性气味结合的特性发现, 1⁃NPN
是 BtabOBP8 适合的荧光报告子。 候选配基包括萜
类化合物质(月桂烯、柠檬烯、桉树脑),芳香类化合
物质(P⁃伞花烃)和脂类化合物质(β⁃紫罗兰酮、壬
醛、顺⁃3⁃己烯⁃1⁃酯、反⁃2⁃己烯醛)。 β⁃紫罗兰酮和月
桂烯的解离常数分别为 13􀆰 32 μmol / L 和 21􀆰 53
μmol / L,均小于 10 μmol / L,表明 BtabOBP8 与这 2
种物质的结合能力较强,当 β⁃紫罗兰酮、月桂烯、柠
檬烯的浓度为 200 μmol / L时,将 1⁃NPN相对荧光值
分别竞争到 15% 、35% 、50%左右,证明 BtabOBP8
与 3 种物质均有较好的结合能力,其中 β⁃紫罗兰酮
的结合能力最强。 β⁃紫罗兰酮属于脂类的花香气味
物质,昆虫会利用一些花香类物质对植物进行定位
(Chenier & Philogene,1989)。 本研究结果与以往研
究结果一致,行为学试验表明中红侧沟茧蜂 Micropl⁃
itis mediator 对 β⁃紫罗兰酮选择性较高,β⁃紫罗兰酮
对其有正向的吸引作用(张康等,2011)。 二化螟
Chilo suppressalis气味结合蛋白 CsupOBP1(魏丹等,
2013)和中华蜜蜂气味结合蛋白 AcerASP2(李红亮
等,2013)在试验候选物质中均与 β⁃紫罗兰酮结合
力较强,表明 β⁃紫罗兰酮与昆虫的气味结合蛋白具
有良好的亲和力。 同时,月桂烯也对昆虫有正向的
吸引作用(曹凤勤等,2008)。 BtabOBP8 与 β⁃紫罗
兰酮和月桂烯与 BtabOBP8 的结合能力最强,并且
由于 β⁃紫罗兰酮和月桂烯均为花香气味物质,广泛
存在于绿色开花植物中,因此推测 BtabOBP8 对 β⁃
紫罗兰酮和月桂烯的识别可能参与了烟粉虱对绿色
开花植物的吸引和选择作用。
除此之外,昆虫趋避性挥发物 P⁃伞花烃(Bleek⁃
er et al. ,2009)也能将 1⁃NPN 相对荧光值竞争到
50%以下,说明 P⁃伞花烃也与 BtabOBP8 具有较好
的结合作用,推测 BtabOBP8 在烟粉虱的趋避行为
中也发挥一定的作用。 植物对昆虫的趋避与引诱,
并非由一种物质和昆虫的一种嗅觉蛋白决定,而是
多种嗅觉蛋白的协同作用参与对不同植物挥发物的
识别,如烟粉虱 CSP1 主要参与了对寄主植物趋避
性气味的识别(吴帆等,2015),OBP 主要结合植物
挥发的引诱性气味,与昆虫的寄主定位有关(吴仲
南等,2009;陈玲等,2013)。 本试验对 BtabOBP8 功
能性验证表明,与植物的挥发性气味结合较为广谱,
但主要参与了对引诱性气味的结合,推测其在烟粉
虱寄主定位中起主要作用。 对烟粉虱气味结合蛋白
功能的研究有助于揭示烟粉虱的寄主偏好机理,为
其绿色防控提供理论基础,促进“推拉策略”在生产
上的应用。 此外,植物与昆虫的关系是复杂易变且
相辅相成的,深入研究阐述植物挥发物对昆虫行为
和生理反应的调控机制,能够有助于科研工作者开
发出更多高效的生长发育、行为调节剂或杀虫剂,从
而达到对害虫进行绿色防控的目的。
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(责任编辑:高  峰)
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