棉铃虫Cry1Ac抗性相关钙粘蛋白基因缺失突变的适合度代价

论文摘要

棉铃虫（Helicoverpa armigera Hiibner）属鳞翅目夜蛾科,是一种重要的世界性害虫,曾经在我国棉花上大面积暴发,造成严重的经济损失。转Bt基因棉花（Bt棉）已在世界范围内广泛种植,并有效控制了棉铃虫等棉花主要鳞翅目害虫的为害。Bt棉在整个生长发育期内持续表达Bt毒素,田间棉铃虫种群长期处于Bt毒素筛选压力之下,棉铃虫对Bt毒素产生抗性的风险日益加大。钙粘蛋白基因突变已被确认为棉铃虫对Bt毒素Cry1Ac产生抗性的重要机理之一。明确棉铃虫钙粘蛋白抗性基因突变的适合度代价,对于了解棉铃虫对Bt棉表达的Cry1Ac毒素的抗性演化规律和制订抗性治理对策具有重要意义。1.棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变近等基因系的室内种群生命表与相对适合度棉铃虫GYBT抗性品系对Cry1Ac具有500多倍抗性,该抗性与钙粘蛋白基因突变连锁。通过重复回交和家系选择将棉铃虫GYBT抗性品系钙粘蛋白突变基因（r1）渐渗到SCD敏感品系中,建立了1对近等基因系（SCD-r1和SCD）,以消除棉铃虫种群不同遗传背景对适合度的可能影响。通过构建SCD-r1和SCD品系的室内种群生命表,发现两个品系的净增殖率（R0）没有显著差异；与SCD敏感品系相比,SCD-r1抗性品系幼虫发育历期显著延长2.2 d（约13.1%）；在非竞争交配条件下,抗性品系未显现出繁殖不利性。2.棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变的交配竞争代价棉铃虫雌雄成虫均具有多次交配习性,在田间条件下存在交配竞争和精子竞争。因此,本文研究了在交配竞争条件下,棉铃虫抗性品系（SCD-r1）与敏感品系（SCD）的交配行为和精子竞争。通过设置不同的交配竞争组合（2头雄虫竞争1头雌虫,2头雌虫竞争1头雄虫）,研究发现抗性个体与敏感个体在交配竞争中获取交配的机会没有明显差异,交配次数和交配时间均相似；通过分子标记对杂交组合的后代进行鉴定,发现抗性个体在父权竞争中处于劣势。据此推测,抗性个体可能在精子竞争中存在缺陷。为证明这一推测,设置单对交配组合,并测定了各种组合中雄虫向雌虫转移精子的数目。结果表明,抗性品系雄虫向雌虫体内转移的无核精子与真核精子数目均显著减少。PCR检测结果表明,钙粘蛋白基因在棉铃虫雄性生殖系统中表达。鉴于无核精子与真核精子在交配竞争与繁殖过程中的作用,据上述研究结果提出以下假说：钙粘蛋白基因突变引起棉铃虫雄虫精子数量减少,因而在交配过程中向雌虫转移的精子数量减少,导致在精子竞争中处于劣势。该适合度代价对于延缓棉铃虫对Bt棉抗性的发展具有重要价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 棉铃虫及其抗药性
• 1.1 棉铃虫
• 1.2 棉铃虫的抗药性
• 2 适合度的概念
• 2.1 适合度
• 2.2 广义适合度
• 3 BT毒素与转BT基因抗虫棉
• 3.1 Bt菌株的发现历史与分类
• 3.2 Bt毒素制剂的应用
• 3.3 我国转Bt基因抗虫棉的研制与推广
• 3.3.1 国产抗虫棉研制
• 3.3.2 国产转基因抗虫棉的推广
• 3.2.3 我国的零庇护所政策与自然庇护所
• 4 害虫对BT毒素的抗性机理
• 4.1 Bt毒素的结构与作用过程
• 4.2 棉铃虫等昆虫的钙粘蛋白基因与Bt毒素抗性机理
• 5 昆虫适合度与抗药性
• 5.1 化学药剂抗性对昆虫适合度的影响
• 5.2 Bt毒素抗性对昆虫适合度的影响
• 5.3 Bt抗性适合度代价与抗性机制
• 5.4 影响适合度代价的生态因素
• 6 昆虫的交配行为与精子竞争
• 6.1 交配行为
• 6.1.1 求偶行为
• 6.1.2 多次交配
• 6.2 多次交配对昆虫适合度的影响
• 6.2.1 对亲代适合度的影响
• 6.2.2 对后代适合度的影响
• 第二章 棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变近等基因系的室内种群生命表与相对适合度
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 昆虫品系
• 1.1.2 棉铃虫饲料
• 1.1.3 棉铃虫饲养环境
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 棉铃虫饲养与生理参数的观测
• 1.2.2 产卵总数及有效卵比例的统计方法
• 0和相对适合度的计算方法'>1.2.3 净增殖率R₀和相对适合度的计算方法
• 1.3 数据统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 受试品系的生长发育特征与繁殖特征
• 2.2 受试种群的世代生命表与相对适合度
• 3 讨论
• 第三章 棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变近等基因系的交配竞争代价
• 1 材料与方法
• 1.1 棉铃虫品系
• 1.2 昆虫品系的饲养
• 1.3 实验设置
• 1.3.1 交配竞争实验与后代基因型检测
• 1.3.2 竞争条件下的交配行为观察
• 1.3.3 精苞解剖与精子计数
• 1.3.4 钙粘蛋白在棉铃虫雄性生殖系统的表达
• 1.4 数据统计
• 2 结果与分析
• 2.1 交配竞争杂交组合后代基因型检测
• 2.2 交配选择与交配时间
• 2.3 精子数比较与钙粘蛋白在雄性生殖系统的表达
• 3 讨论
• 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢