摘要：【目的】鑒定赤斑白條天牛（Batocera rufomaculata）嗅覺相關(guān)基因，篩選其中的差異表達(dá)基因（DEGs），為探 明赤斑白條天牛嗅覺機(jī)制和基于嗅覺識別的天牛生物防治新途徑研究提供理論支撐?！痉椒ā坎捎肐llumina NovaSeq 6000測序平臺對赤斑白條天牛觸角、跗節(jié)和殘體進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，利用測序數(shù)據(jù)組裝、注釋、數(shù)據(jù)庫序列檢索、序列比 對及差異基因分析等生物信息學(xué)分析方法挖掘嗅覺相關(guān)基因。【結(jié)果】轉(zhuǎn)錄組測序共獲得137405條Unigenes，平均 長度774 bp，N50為1462bp，GC含量42.93%。通過同源比對共鑒定出289個嗅覺基因，包括45個OBPs、22個CSPs、50 個ORs、20個IRs、26個GRs、7個SNMPs、8個CXEs、82個CYPs、19個AOXs和10個GSTs基因。通過比較所有樣本的轉(zhuǎn) 錄組，共篩選到8861個DEGs，其中2713個上調(diào)表達(dá)、6148個下調(diào)表達(dá)?；蚬δ茏⑨尯托盘柾犯患治鼋Y(jié)果表明，有3613個DEGs注釋到GO功能的生物學(xué)過程、細(xì)胞組分和分子功能，其中以生物學(xué)過程的占比最高，為34.87%；有4002個DEGs注釋到KEGG數(shù)據(jù)庫，參與96條通路。進(jìn)一步對嗅覺基因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，有114個嗅覺基因表 達(dá)差異顯著，其中79個上調(diào)表達(dá)、35個下調(diào)表達(dá)；OBP22、OBP29、CSP10、CSP15、SNMP1、OR41、CXE2和CYP10基因 在觸角中的表達(dá)量均高于其他組織，CSP10和CSP15基因在雌蟲中偏好表達(dá)，CYP34基因在雄性中偏好表達(dá)，且在跗 節(jié)中高表達(dá)?！窘Y(jié)論】篩選到赤斑白條天牛OBPs、CSPs、ORs、IRs、GRs、SNMPs、CXEs、CYPs、AOXs和GSTs等嗅覺相 關(guān)基因。推測觸角中高表達(dá)的OBPs和CSPs基因?qū)Τ喟甙讞l天牛雌雄蟲識別同類異性釋放的信息素或寄主植物釋放的揮發(fā)物起關(guān)鍵作用，在雌蟲中偏好表達(dá)的CSPs基因可能在雌蟲尋找產(chǎn)卵場所過程中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：赤斑白條天牛；轉(zhuǎn)錄組；高通量測序；嗅覺相關(guān)基因；差異基因

文章編號：2095-1191（2024）03-0699-11

中圖分類號：S433.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis of olfactory related genes in Batocera rufomaculatabased on transcriptomeYANG Hua-fang1.2， ZHANG Zu-bing1*， ZHU Jia-ying3， BAI Tian-qi4， ZHANG Hong-rui2*

（1Yunnan Institute of Tropical Crops， Jinghong， Yunnan 666100， China; 2Plant Protection College， Yunnan Agricultural University/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-resources in Yunnan， Kunming， Yunnan 650201， China; 3Southwest Forestry University/Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control of Yunnan Province， Kunming， Yunnan 650224， China; 4Tropical and Subtropical Cash Crop Research Institute， YunnanAcademy of Agricultural Sciences， Baoshan， Yunnan 678099， China）

Abstract：[Objective ] The olfactory related genes in Batocera rufomaculata were identified and the differentially expressed genes （DEGs） were screened to provide theoretical support for the exploration of olfactory mechanism and new approaches to biological control of B. rufomaculata based on olfactory recognition. [Method] The transcriptome sequences of antennae， tarsus and the body without antennae and tarsus of B. rufomaculata were sequenced using Illumina NovaSeq 6000 sequencing. Bioinformatics analysis methods such as sequencing data assembly， annotation， database sequence retrieval， sequence alignment and differential gene analysis were used to mine olfactory related genes. [Result】In total， 137405 unigenes were obtained by transcriptome sequencing with an average length of 774 bp， N50 of 1462 bp，and GC content of 42.93%. Through homologous alignment， a total of 289 olfactory related genes were identified， including 45 OBPs， 22 CSPs， 50 ORs， 20 IRs， 26 GRs， 7 SNMPs， 8 CXEs， 82 CYPs， 19 AOXs， 10 GSTs genes. By comparing the transcriptome of all samples， a total of 8861 DEGs were screened，of which 2713 were up-regulated and 6148 were down-regulated. The results of gene function annotation and pathway enrichment analysis showed that 3613 DEGs were annotated to the biological process， cellular component and molecular function of GO function， among which the biological process accounted for the highest proportion （34.87%）. A total of 4002 DEGs were annotated to the KEGG database and involved in 96 pathways. Further analysis of olfactory related genes showed that 114 olfactory genes expression were significantly different， of which 79 were up-regulated and 35 were down-regulated. The expression levels of OBP22， OBP29， CSP10， CSP15， SNMP1， OR41， CXE2 and CYP10 genes in antennae were higher than those in other tissues. CSP10 and CSP15 genes were preferentially expressed in females. CYP34 gene was preferentially expressed in males and highly expressed in the tarsus. [Conclusion]Olfactory related genes in B. rufomaculata such as OBPs， CSPs， ORs， IRs， GRs， SNMPs， CXEs， CYPs， AOXs， and GSTs are screened. It is speculated that the highly expressed OBPs and CSPs genes in the antennae play a crucial role in the recognition of pheromones released by the opposite sex of the same species or volatiles released by host plants. The CSPs gene that are preferentially expressed in females may play an important role in the process of females looking for oviposition sites.

Key words： Batocera rufomaculata; transcriptome; high-throughput sequencing; olfactory related genes; differential genes

Foundation items： China Agriculture Research System（CARS-11-YNZZB）

0 引言

【研究意義】昆蟲觸角是接收外界化學(xué)信號的主 要器官，在長期進(jìn)化過程中形成了高度靈敏和極其 復(fù)雜的嗅覺系統(tǒng)（Brito et al.，2016）。昆蟲通過自身 靈敏的嗅覺系統(tǒng)感受寄主植物釋放的氣味物質(zhì)和異 性釋放的性信息物質(zhì)，精準(zhǔn)定位寄主和尋找配偶，最 終完成取食、交配和產(chǎn)卵活動（Kaupp，2010）。辣木 （Moringa oleifera）是辣木科辣木屬多年生喬木，具有較高的食用和藥用價值。赤斑白條天牛（Batocera rufomaculata）是辣木上的重要蛀干害蟲之一，在西 雙版納地區(qū)發(fā)現(xiàn)為害已有10余年，嚴(yán)重威脅辣木產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展，危害嚴(yán)重時造成重大經(jīng)濟(jì)損失。赤斑白 條天牛能準(zhǔn)確識別辣木并進(jìn)行取食及產(chǎn)卵危害，與 其靈敏的嗅覺系統(tǒng)息息相關(guān)。深入研究赤斑白條天 牛嗅覺系統(tǒng)，有助于分析其定位寄主和尋找配偶時 識別信息物質(zhì)及其化學(xué)通訊與感受機(jī)制，而大量嗅 覺相關(guān)基因是進(jìn)行分子機(jī)制研究的前提（鞏雪芳等， 2020）。因此，鑒定獲得大量的嗅覺基因，對研究基 因功能、揭示嗅覺識別機(jī)制以及篩選分子靶標(biāo)等均 具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】完整的嗅覺感受過

程需要多種嗅覺基因相互協(xié)作，包括氣味結(jié)合蛋白 （Odorant binding proteins，OBPs）、化學(xué)感受蛋白（Chemosensory proteins，CSPs）、氣味受體（Olfactory receptors，ORs）、味覺受體（Gustatory receptors，GRs）、 感覺神經(jīng)元膜蛋白（Sensory neuron membrane pro- teins，SNMPs）、離子型受體（Ionotropic receptors，IRs）和氣味降解酶（Odorant-degrading enzymes，ODEs）（胡穎穎等，2013）。昆蟲嗅覺識別氣味分子的整個過程歸納為：氣味分子經(jīng)嗅覺感器微孔進(jìn)入感器淋巴液，被OBP或CSP識別后結(jié)合并運載至嗅覺受體神經(jīng)元（ORN）樹突膜，激活膜上的OR、IR或GR，同 時將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞至觸角葉，進(jìn)而激 活腦部中樞神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)大腦整合后發(fā)出指令，使昆 蟲產(chǎn)生特定的行為反應(yīng)，嗅覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)后，在SNMP的作用下，氣味分子脫離受體部位，迅速被ODEs降解失活，終止氣味物質(zhì)對ORs的刺激，保持受體活性 （陳聰，2021）。隨著基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、生物信息 學(xué)及基因測序技術(shù)的發(fā)展，大部分昆蟲的嗅覺基因 陸續(xù)被鑒定報道。從亞洲小車蝗（Oedaleus asiaticus） 中鑒定到17個CSPs、60個ORs、6個IRs和3個SNMPs基因（周淵濤，2019）；從綠眼賽繭蜂（Zele chloroph- thalmus）中鑒定到14個OBPs、6個CSPs、83個ORs、22個IRs、23個GRs和3個SNMPs基因（王予彤等，2021）；從桃紅頸天牛（Aromia bungii）中鑒定到52個 OBPs、17個CSPs、45個ORs、2個IRs、6個GRs、3個SNMPs和72個ODEs基因（吳振晨，2022）；從叉角厲 蝽（Eocanthecona furcellata）中鑒定到10個OBPs、 32個CSPs、48個ORs、17個IRs、21個GRs和6個SNMPs基因（趙航等，2022）；從眉斑并脊天牛（Glenea can-tor）中鑒定到29個OBPs、14個CSPs、13個ORs、18個IRs和2個SNMPs基因（Wu et al.，2022）；從羅氏夜 蛾（Mythimna loreyi）中鑒定到33個OBPs、16個CSPs、 63個ORs、24個IRs和2個SNMPs基因（Zhang et al.， 2022）；從齒帶卷葉象（Podabrus annulatus）中鑒定到 11個OBPs、6個CSPs、50個ORs、6個IRs、25個GRs和3個SNMPs基因（Wang et al.，2023）。此外，關(guān)于 嗅覺基因的組織表達(dá)特性也有大量研究，如咖啡脊 虎天牛（Anoplophora chinensis）CSP2基因在雌雄蟲 觸角、頭和足中均高表達(dá)，CSP4、CSP5和CSP9基因在觸角中高表達(dá)，在頭的表達(dá)量次之，在腹部有少量 表達(dá)（詹文會，2018）;花椒窄吉?。ˋgrilus zanthoxy-lumi）OBP1和OBP2基因在雌成蟲觸角中不表達(dá)，OBP3基因在雄成蟲觸角中高豐度表達(dá)（鞏雪芳等，2020）;米蛾（Corcyra cephalonica）的PBPs和GOBPs 基因均在成蟲觸角上大量表達(dá)，并且GOBP2基因 僅在成蟲觸角中表達(dá)（李鵬燕等，2021）；異色瓢蟲（Harmonia axyridis）0BP2/3/5/12/15、CSP4/9/15、OR13 和OR14基因在雌雄成蟲觸角中的表達(dá)量顯著高于 頭、胸、腹、足和翅等其他組織（渠成，2021）；小貫小 綠葉蟬（Empoasca onukii）的12個ORs和8個IRs基 因主要在雌雄成蟲觸角中顯著表達(dá)，3個GRs基因 在各組織中表達(dá)較廣泛（張信哲，2022）?？梢?，昆蟲 嗅覺基因主要分布在觸角、頭和足等嗅覺組織中，而 在胸部和腹部等非嗅覺組織中分布較少?！颈狙芯壳?入點】昆蟲嗅覺基因在身體的分布特征暗示著不同 的生物學(xué)功能，明確這些基因在組織上的分布特性 有助于探究昆蟲的嗅覺分子機(jī)制。赤斑白條天牛憑 借高度專一靈敏的嗅覺系統(tǒng)長期在辣木上鉆蛀危 害，幼蟲期長且生活隱秘，成蟲鞘翅堅硬，目前未能 探索出有效的防治方法。關(guān)于赤斑白條天牛的研究還停留在生物學(xué)方面，深入研究還處于空白，嗅覺機(jī) 制研究尚未見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于轉(zhuǎn)錄 組測序技術(shù)，鑒定赤斑白條天牛嗅覺相關(guān)基因，篩選 差異表達(dá)基因（DEGs）并進(jìn)行功能注釋和富集分析， 為探明赤斑白條天牛嗅覺機(jī)制和基于嗅覺識別的天 牛生物防治新途徑研究提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料

赤斑白條天牛采自云南省景洪市熱帶作物科學(xué) 研究所辣木基地。采集受赤斑白條天牛危害的辣木 樹干，置于田間養(yǎng)蟲籠（150cm×150cm×100cm）中 飼養(yǎng)，定期檢查并收集羽化的成蟲，將成蟲放入室 內(nèi)養(yǎng)蟲箱（60cm×30cm×30cm）中用辣木嫩枝喂食 備用。

1.2總RNA提取與質(zhì)檢

取羽化后未交配的赤斑白條天牛雌雄蟲各 6頭，雌雄分開，每2頭1個處理；分別取觸角、跗節(jié) 和殘體（除觸角和跗節(jié)外的其他身體組織），設(shè) 3個生物學(xué)重復(fù)，于液氮中充分研磨，用TRIzol法提取總RNA。用核酸蛋白儀[NanoDrop 2000，賽默飛世爾科技（中國）公司]檢測RNA濃度和純度、自動化電泳儀（Agilent 2100，上海艾研生物科技有限公司）檢測RNA的完整性。

1.3cDNA文庫構(gòu)建與測序

RAN樣品檢測合格后，用帶有多聚胸腺嘧啶的 磁珠富集真核生物mRNA；加入RNA裂解緩沖液 將mRNA打斷成短片段，以mRNA為模板，用六堿基隨機(jī)引物合成第一鏈cDNA；加入緩沖液、脫氧核糖核苷三磷酸、DNA聚合酶I和核糖核酸酶H合成第二鏈cDNA；用核酸純化試劑純化雙鏈cDNA。純化的雙鏈cDNA先進(jìn)行末端修復(fù)、加A尾并連接測 序接頭；用核酸純化試劑進(jìn)行片段大小選擇。進(jìn)行 PCR擴(kuò)增，并用核酸純化試劑純化PCR產(chǎn)物，得到 最終的文庫。文庫構(gòu)建完成后，先使用核酸蛋白定 量儀（Qubit 2.0，上海艾研生物科技有限公司）進(jìn)行初步定量，稀釋文庫至1.5ng/uL，隨后使用自動化電泳儀（Agilent 2100，上海艾研生物科技有限公司） 對文庫的插入片段進(jìn)行檢測，插入片段符合預(yù)期后， 使用實時熒光定量方法對文庫的有效濃度進(jìn)行準(zhǔn)確 定量（文庫有效濃度gt;2×10°mol/L），以保證文庫質(zhì) 量；文庫檢測合格后，使用Illumina NovaSeq 6000測序平臺進(jìn)行測序。cDNA文庫構(gòu)建與測序委托北京 諾禾致源生物信息科技有限公司完成。

1.4測序數(shù)據(jù)過濾與組裝

對測序所得Raw reads進(jìn)行過濾、去除帶接頭和 低質(zhì)量的Reads后得到Clean reads，用Trinity軟件對 Clean reads進(jìn)行拼接得到轉(zhuǎn)錄本（Transcripts），利用 Corset進(jìn)行聚類去冗余得到單基因（Unigenes）。

1.5嗅覺相關(guān)基因鑒定與序列分析

在NCBI數(shù)據(jù)庫中分別以O(shè)BP（odorant-binding protein）、 CSP （chemosensory protein）、 OR （odorant receptor）、 GR （gustatory receptor）、 SNMP （sensory neu-ron membrane protein）、IR （ionotropic receptor）、 ODE（odorant-degrading enzymes）為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢 索，下載昆蟲嗅覺相關(guān)基因的氨基酸序列。以所 下載的序列為種子序列，赤斑白條天牛Unigenes序列為目標(biāo)序列，在TBtools中進(jìn)行BLAST本地比對，獲得高相似性的Unigenes，再運用在線網(wǎng)頁展開BLASTx比對驗證，最終確定是否為嗅覺基因。分 別使用在線軟件ORFfinder（https：//www.ncbi.nlm. nih.gov/orffinder/）尋找嗅覺相關(guān)基因的開放閱讀框 （ORF），ExPASy（https：//web.expasy.org/compute_pi/）計算蛋白質(zhì)等電點和分子量，SignalP（https：//services. healthtech.dtu.dk/services/SignalP-6.0/）預(yù)測嗅覺基 因的信號肽，TMHMM 2.0（https：//services.health-tech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/）預(yù)測蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域。

1.6DEGs分析與功能富集

利用TBtools軟件，以Unigenes的Count矩陣作 為輸入文件，設(shè)置赤斑白條天牛樣本歸組信息和雌 雄蟲組織樣本差異比較組合，用DESeq2包進(jìn)行 DEGs分析，Volcano Plot繪制DEGs火山圖，Interac- tive Venn Graph繪制DEGs韋恩圖；將1.5中鑒定到的嗅覺基因和所有DEGs求交集，篩選出差異表達(dá)顯著的嗅覺相關(guān)基因，根據(jù)FPKM值繪制聚類熱圖；利用在線工具eggNOG-mapper（http：//eggnog-mapper. embl.de/）對Unigenes進(jìn)行基因功能注釋，用eggNOG- mapper Helper整理基因功能注釋結(jié)果，用GO enrichment進(jìn)行GO功能注釋分析，用KEGG enrich- ment進(jìn)行KEGG信號通路富集分析，利用在線數(shù)據(jù) 分析可視化平臺（https：//www.bioinformatics.com.cn/） 對GO功能注釋和KEGG信號通路富集結(jié)果進(jìn)行可 視化。

2結(jié)果與分析

2.1赤斑白條天牛轉(zhuǎn)錄組測序質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果

由表1可知，轉(zhuǎn)錄組測序堿基數(shù)達(dá)111.32Gb，共獲得784288598條Raw reads，過濾掉帶接頭和低質(zhì)量的Reads后，共得到742106736條高質(zhì)量的Clean reads。運用Trinity對總Clean reads進(jìn)行組裝后得到 795957條Transcripts，總長度378815177 bp，平均長度476bp；以Corset聚類得到137405條Unigenes，總長度106341931bp，平均長度774bp，N50為1462bp，GC含量為42.93%，有89654條Unigenes長度大于 500bp，占總數(shù)的65.25%（表1和圖1）。

2.2嗅覺相關(guān)基因鑒定及分析結(jié)果

通過同源比對共鑒定出289個嗅覺相關(guān)基因，包括45個OBPs、22個CSPs、50個ORs、20個IRs、26個 GRs、7個SNMPs、8個CXEs、82個CYPs、19個AOXs和10個GSTs基因。其中，42個OBPs、16個CSPs、 44個ORs、11個IRs、24個GRs、4個SNMPs、7個CXEs、49個CYPs、11個AOXs和8個GSTs基因具有完整ORF，ORF長度在90～2805bp，編碼29～934個氨基酸，等電點4.05～11.71，分子量3.406～106.017kD；有26個OBPs、7個CSPs、2個IR、1個GR、1個SNMP和3個CXE基因能預(yù)測到N-端信號肽；有4個OBPs、 46個ORs、16個IRs、22個GRs、2個SNMPs、1個CXE和53個CYPs基因能預(yù)測跨膜結(jié)構(gòu)域，數(shù)量為 1～9個。

2.3DEGs分析結(jié)果

對赤斑白條天牛雌雄蟲各組織進(jìn)行DEGs分 析，共篩選到8861個DEGs，其中2713個上調(diào)表達(dá)、 6148個下調(diào)表達(dá)，上、下調(diào)表達(dá)基因數(shù)目差異較大。 雌蟲觸角與雌蟲殘體、雌蟲跗節(jié)、雄蟲觸角、雄蟲殘 體和雄蟲跗節(jié)5個比較組合特有DEGs分別為421、60、2、2744和2131個，共有DEGs 2個（圖2）；雌蟲殘體 與雌蟲跗節(jié)、雄蟲觸角、雄蟲殘體和雄蟲跗節(jié)4個比 較組合特有DEGs分別為136、150、1613和2902個，共有DEGs65個（圖3）；雌蟲跗節(jié)與雄蟲觸角、雄蟲 跗節(jié)和雄蟲殘體3個差異比較組合特有DEGs分別 為43、1960和3338個，共有DEGs1個（圖4）：雄蟲觸角與雄蟲殘體和雄蟲跗節(jié)2個差異比較組合特 有DEGs分別為1621和295個，共有DEGs 154個 （圖5）；在289個嗅覺基因中有114個基因表達(dá)差 異顯著，其中79個上調(diào)表達(dá)，35個下調(diào)表達(dá)（圖6）， 并且在雌雄蟲各組織的表達(dá)表現(xiàn)為觸角gt;跗節(jié)gt;殘 體（圖7）。

2.4114個差異表達(dá)嗅覺相關(guān)基因的表達(dá)模式分析

基于FPKM值，利用TBtools軟件繪制114個差異表達(dá)嗅覺相關(guān)基因的表達(dá)模式熱圖，結(jié)果（圖8）顯示，OBP22基因在雌雄蟲觸角高表達(dá)，OBP28基因在雌雄蟲跗節(jié)高表達(dá)，OBP38基因在雌雄蟲殘體高表達(dá)，OBP13和OBP29基因在雌蟲觸角高表達(dá)，OBP18/31/37和CSP17基因在雌蟲殘體高表達(dá)，OBP32基因在各個組織中均有表達(dá)，且在雄蟲觸角和雄蟲殘體表達(dá)量較高；CSP7/8/10/11/15基因呈現(xiàn)出廣泛的表達(dá)譜，在各組織中均有表達(dá)，其中，CSP7基因在雄蟲殘體高表達(dá)，CSP8基因在雄蟲殘體表達(dá)量較其他組織高，CSP10和CSP15基因除在雄蟲殘 體低表達(dá)外，在其他組織中均高表達(dá)，且雌蟲組織中 的表達(dá)量高于雄蟲，CSP11基因在雄蟲觸角、跗節(jié)、 殘體及雌蟲跗節(jié)均高表達(dá)；IR4基因除在雌蟲觸角表 達(dá)較低外，在其余組織均高表達(dá)，SNMPI基因在雌雄蟲觸角高表達(dá)，OR41基因在雄蟲觸角高表達(dá)， CXE2基因在雌蟲觸角高表達(dá)；CYP10基因在雌雄蟲 觸角高表達(dá)，CYP34基因在雌雄蟲跗節(jié)高表達(dá)，CYP56基因僅在雄蟲殘體高表達(dá)，GST3基因在各組 織中均有表達(dá)，其中在雌蟲殘體的表達(dá)量最高，雌蟲 組織中的表達(dá)量高于雄蟲。

2.5DEGs的GO功能注釋和KEGG信號通路富集 分析結(jié)果

3613個DEGs注釋到GO功能的生物學(xué)過程（Bio- logical process，BP）、細(xì)胞組分（Cellular component，CC）和分子功能（Molecular function，MF）3個分類 中，其中1260個注釋到生物學(xué)過程（占比34.87%）， 1214個注釋到細(xì)胞組分（占比33.60%）、1139個注釋 到分子功能（占比31.53%）；在三大類的亞類中，所 注釋到的基因數(shù)目最多的分別為小分子代謝過程（Small molecule metabolic process）、線粒體（Mito- chondrion）和催化活性（Catalytic activity），分別為 290、237和618個（圖9）。4002個DEGs注釋到KEGG的五大功能分類中，分別為新陳代謝（Metabolism）、 遺傳信息處理（Genetic information processing）、環(huán) 境信息處理（Environmental information processing）、 細(xì)胞過程（Cellular process）和生物系統(tǒng)（Organismal system），注釋到的DEGs分別為3343、760、241、174和2945個；DEGs共參與96條代謝通路，其中有1137個DEGs參與到新陳代謝通路中，占注釋總數(shù) 的28.41%（圖10）。

3討論

嗅覺對昆蟲的生存與繁殖具有非常重要的生物 學(xué)意義，嗅覺相關(guān)基因在昆蟲嗅覺識別過程中發(fā)揮著重要作用，是昆蟲與寄主植物互作過程中重要的 分子靶標(biāo)（陳聰，2021）。赤斑白條天牛是危害辣木 的重要蛀干害蟲，為獲得其嗅覺相關(guān)基因，本研究利 用Illumina測序技術(shù)對赤斑白條天牛進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測 序，篩選鑒定嗅覺基因并對差異表達(dá)顯著的嗅覺相 關(guān)基因進(jìn)行分析，揭示了嗅覺基因在觸角、跗節(jié)、殘 體以及雌雄蟲之間的整體表達(dá)模式。通過序列的預(yù) 處理、Trinity拼接、GO功能注釋和KEGG信號通路 富集分析等步驟，獲得了轉(zhuǎn)錄組和嗅覺相關(guān)蛋白信 息。測序得到的赤斑白條天牛轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及基因 功能注釋信息一方面為下一步的分子生物學(xué)研究打 下了基礎(chǔ)，另一方面也為化學(xué)生態(tài)學(xué)相關(guān)研究提供 了先決條件（Zhu et al.，2017）。

本研究基于赤斑白條天牛轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)，利 用BLAST同源比對，共鑒定到289個嗅覺相關(guān)基因，包括45個OBPs、22個CSPs、50個ORs、20個IRs、26個GRs、7個SNMPs、8個CXEs、82個CYPs、19個AOXs和10個GSTs基因。學(xué)者們在赤斑白條 天牛近緣種中也鑒定到不同類型和數(shù)量的嗅覺相 關(guān)基因，如在星天牛（A.chinensis）中鑒定到52個OBPs、14個CSPs、53個ORs、17個GRs、4個IRs、3個SNMPs、25個CarEs和43個GSTs基因（孫龍， 2018）;在咖啡脊虎天牛（Xylotrechus grayii）中鑒定到34個OBPs、15個CSPs、60個ORs和4個SNMPs基因（詹文會，2018）;在桑天牛（Apriona germari）中鑒定到62個OBPs、25個CSPs、42個ORs、3個IRs、13個GRs和5個SNMPs基因（錢佳麗，2020）；在桃紅頸天 牛（A.bungii）中鑒定到52個OBPs、17個CSPs、45個ORs、2個IRs、6個GRs、3個 SNMPs、24個CarEs、32個CYPs、2個AOX和14個GSTs基因（吳振晨，2022）等。很顯然，不同昆蟲中鑒定到的嗅覺基因數(shù)目不 盡相同，但總體上看，獲得的嗅覺基因中OBPs和ORs基因數(shù)目均較多，可能與OBPs及ORs的具體功能相關(guān)。對獲得的Unigenes進(jìn)行DEGs分析，共篩選到8861個DEGs，其中包含114個表達(dá)差異顯著的嗅 覺基因，114個嗅覺基因中有79個呈上調(diào)表達(dá)，35個 呈下調(diào)表達(dá)，上、下調(diào)表達(dá)基因數(shù)目差異較大。將 DEGs進(jìn)行基因功能注釋和信號通路富集分析，分別 有3613和4002個DEGs注釋到GO和KEGG數(shù)據(jù)庫 中，共參與96條代謝通路，2大數(shù)據(jù)庫的功能分類中 注釋到基因數(shù)目最多的分別是催化活性功能和新陳 代謝通路，推測這些DEGs與天牛生長發(fā)育以及某 些重要物質(zhì)的合成密切相關(guān)，與大多數(shù)研究結(jié)果吻 合（鄭海霞等，2018；胡佳萌等，2019；李鵬燕等， 2021；張信哲，2022）。利用FPKM值分析嗅覺基因的表達(dá)模式并進(jìn)行可視化，發(fā)現(xiàn)赤斑白條天牛OBP7/13/22/24/29、SNMP1、OR41、CXE2和CYP10基因只在雌雄蟲觸角表達(dá)，OBP28和CYP34基因只在雌雄蟲跗節(jié)表達(dá)，OBP38基因在雌雄蟲殘體高表達(dá)，CSP17和GST3基因在雌蟲殘體高表達(dá)，CSP7和CYP56基因在雄蟲殘體高表達(dá)，而OBP18/37/32、CSP7/8/10/11/15、IR4和GST3基因具有廣泛的表達(dá)譜。就表達(dá)量來看，OBP22、OBP29、CSP10、CSP15、SNMP1、OR41、 CXE2和CYP10基因在觸角的表達(dá)量均高于其他組 織，且CSP10和CSPI5基因在雌蟲的表達(dá)量高于雄蟲，CYP34基因在雌蟲的表達(dá)量低于雄蟲，可見，嗅 覺基因的表達(dá)具有明顯的性別差異和組織差異。其 他昆蟲的部分嗅覺基因如腰帶長體繭蜂（Macrocen- trus cingulum）OBPs基因（Ahmed，2014）、美國白蛾 （Hyphantria cunea）OBPs基因（康克，2016）、玉米象（Sitophilus zeamais）OBPs和CSPs基因（沈忱，2019） 及眉斑并脊天牛（Glenea cantor）OBPs和CSPs基因 （Wu et al.，2022）等也均表現(xiàn)為在觸角中高表達(dá)，本 研究結(jié)果與前述研究相似，可能與觸角作為主要的 感覺器官，觸角上密布嗅覺感受器行使重要的嗅覺 感受功能相關(guān)；大蠟螟（Galleria mellonell）OBP基因 在雌成蟲中的表達(dá)量顯著高于雄成蟲（蔣秀云，2021），羅氏夜蛾（Mythimna loreyi）部分OBPs、CSPs 和ORs基因的表達(dá)均存在明顯的性別偏好（Zhanget al.，2022），表明嗅覺基因的表達(dá)存在組織差異性 和性別差異性，推測在赤斑白條天牛觸角中高表達(dá) 的嗅覺基因可能在觸角感受外界過程中發(fā)揮重要作 用，存在性別偏好表達(dá)的嗅覺基因可能在識別異性 和感受種內(nèi)性信息素時發(fā)揮特殊作用。

結(jié)論

篩選到赤斑白條天牛OBPs、CSPs、ORs、IRs、GRs、 SNMPs、CXEs、CYPs、AOXs和GSTs等嗅覺相關(guān)基 因。推測觸角中高表達(dá)的OBPs和CSPs基因?qū)Τ喟?白條天牛雌雄蟲識別同類異性釋放的信息素或寄主植物釋放的揮發(fā)物起關(guān)鍵作用，在雌蟲中偏好表 達(dá)的CSPs基因可能在雌蟲尋找產(chǎn)卵場所過程中發(fā) 揮重要作用。

參考文獻(xiàn)（References）：

陳聰.2021.香樟齒喙象信息化學(xué)物質(zhì)的活性組分鑒定及其 關(guān)鍵氣味結(jié)合蛋白的功能分析[D].南京：南京林業(yè)大

學(xué).[Chen C.2021.Identification of active components of semiochemicals and functional analysis of key odorant- binding proteins in Pagiophloeus tsushimanus[J]. Nanjing：

Nanjing Forestry University.] doi： 10.27242/d.cnki. gnjlu.2021.000005.

鞏雪芳，謝壽安，楊平，郭莉，陳迪，車顯榮，王延來，呂淑杰.

2020.花椒窄吉丁觸角轉(zhuǎn)錄組及嗅覺相關(guān)基因分析[J].

昆蟲學(xué)報，63（10）：1159-1170.[Gong XF，Xie S A，Yang P， Guo L， Chen D， Chen X R， Wang Y L， Lü S J. 2020. Analysis of the antennal transcriptome and olfaction- related genes of Agrilus zanthoxylumi （Coleoptera： Bupres- tidae） [J]. Acta Entomologica Sinica， 63 （10） ： 1159-1170.] doi：10.16380/j.kcxb.2020.10.001.

胡佳萌，徐丹萍，卓志航，楊偉，楊樺，鄭奕然.2019.云斑天牛 成蟲觸角轉(zhuǎn)錄組及嗅覺相關(guān)基因分析[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)

報，56（5）：1037-1047.[HuJM，Xu D P，Zhuo ZH，Yang W， Yang Y， Zheng Y R. 2019. Analysis of antennal tran-

scriptome and olfaction-related genes of adult Batocera horsfieldi （Hope） [J]. Chinese Journal of Applied Entomology， 56 （5） ： 1037-1047.] doi： 10.7679/j. issn. 2095-1353.2019.114.

胡穎穎，徐書法，AbebeJ.Wubie，李薇，國占寶，周婷.2013.昆蟲嗅覺相關(guān)蛋白及嗅覺識別機(jī)理研究概述[J].基因組學(xué)

與應(yīng)用生物學(xué)，32（5）：667-676.[Hu Y Y，Xu S F，Wubie A J， Li W， Guo Z B， Zhou T. 2013. Research advance of olfactory proteins and olfactory mechanism in insects[J].

Genomics and Applied Biology， 32 （5） ： 667-676.] doi：

10.3969/gab.032.000667.

蔣秀云.2021.大蠟螟嗅覺相關(guān)基因鑒定、序列特征與表達(dá)模 式分析[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[Jiang XY.2021.Iden- tification， sequence characteristics， and expression pattern analysis of olfactory-related genes from Galleria mel- lonella [D]. Hefei： Anhui Agricultural University.] doi： 10.26919/d.cnki.gannu.2021.000059.

康克.2016.美國白蛾嗅覺基因的鑒定及表達(dá)研究[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[Kang K.2016.Identification and expression of olfactory genes in Hyphantria cunea （Drury）

[D]. Hefei：Anhui Agricultural University.]

李鵬燕，張秋婷，黃錚昱，黃華，陳偉平，廖永林.2021.米蛾嗅

覺基因的轉(zhuǎn)錄組分析[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，58（6）：1347-

1355. [Li P Y，Zhang Q T，Huang Z Y，Huang H，Chen W P， Liao Y L. 2021. Analysis of the olfactory genes of Corcyra cephalonica （Lepidoptera： Pyralidae） [J]. Chinese Journal of Applied Entomology， 58 （6） ： 1347-1355.] doi：

10.7679/j.issn.2095-1353.2021.135.

錢佳麗.2020.桑天牛嗅覺相關(guān)基因的鑒定及嗅覺受體的表 達(dá)分析[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[QianJL.2020.Iden- tification of olfactory genes and expression profile of olfac- tory receptor genes in Apriona germari （Hope） [D]. Hefei：

Anhui Agricultural University.] doi： 10.26919/d.cnki.gannu.

2020.000242.

渠成.2021.異色瓢蟲嗅覺相關(guān)蛋白基因的鑒定及功能研究

[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué).[Qu C.2021.Identification and functional characterization of olfactory relative protein genes in Harmonia axyridis （Coleoptera： Coccinellidae） ] [D]. Tai' an： Shandong Agricultural University.] doi： 10.

27277/d.cnki.gsdnu.2021.000042.

沈忱.2019.玉米象嗅覺相關(guān)基因的鑒定與表達(dá)模式分析

[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[Shen C.2019.Identification and expression profiling of olfactory-related genes in Sitophilus zeamais （Coleoptera：Curculionidea） using qRT- PCR[D]. Hefei： Anhui Agricultural University.] doi： 10.

26919/d.cnki.gannu.2019.000080.

孫龍.2018.星天牛嗅覺相關(guān)基因的鑒定與表達(dá)分析[D].合

肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[Sun L.2018.Identification and expres- sion profile analysis of olfactory genes in Anoplophora chi- nensis （Forster） [D]. Hefei：Anhui Agricultural University.]

Tofael Ahmed.2014.腰帶長體繭蜂嗅覺相關(guān)蛋白基因的鑒定

和功能驗證[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院.[Ahmed T.

2014. Identification and functional characterization of olfactory related genes in Macrocentrus cingulum[D]. Beijing： Chinese Academy of Agricultural Sciences Dissertation.]

王予彤，徐林波，段立清，于良斌，崔進(jìn)，曹媛媛，趙一安.

2021.綠眼賽繭蜂轉(zhuǎn)錄組分析及嗅覺相關(guān)蛋白基因的鑒 定[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，58（4）：846-855.[Wang YT，Xu L B， Duan L Q， Yu L B， Cui J， Cao Y Y， Zhao Y A. 2021. Transcriptome sequencing and identification of the Zele chlorophthalmus olfactory related protein gene [J]. Chinese Journal of Applied Entomology， 58 （4） ： 846-855.] doi： 10.

7679/j.issn.2095-1353.2021.082.

吳振晨.2022.桃紅頸天牛觸角嗅覺基因的鑒定與表達(dá)分析

[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué).[Wu Z C.2022.Identification and expression profile of chemosensory genes in Aromia bungii （Faldermann） antennal transcriptome [D]. Hefei：

Anhui Agricultural University.] doi： 10.26919/d.cnki. gan-

nu.2022.000868.

詹文會.2018.金銀花蛀干害蟲咖啡脊虎天牛嗅覺相關(guān)基因 鑒定及表達(dá)譜分析[D].貴陽：貴州師范大學(xué).[Zhan W H. 2018. Identification of olfactory related genes and expression profile analysis in Xylotrechus grayi of Honey- suckle stem pest [D]. Guiyang： Guizhou Normal Unive- rsity.]

張信哲.2022.小貫小綠葉蟬嗅覺受體基因的鑒定與表達(dá)分

析[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué).[Zhang XZ.2022.Identifi- cation and expression analysis of olfactory receptor genes

in Empoasca onuki Matsuda[D]. Tai'an： Shandong Agricultural University.] doi： 10.27277/d.cnki.gsdnu.2022.000950.

趙航，吳國星，湯永玉，張曼，梁晨，邢孔政，蘭明先，高熹.

2022.叉角厲蝽觸角轉(zhuǎn)錄組及嗅覺相關(guān)基因分析[J].

環(huán)境昆蟲學(xué)報，44（5）：1205-1217.[Zhao H，Wu GX， Tang Y Y，Zhang M，Liang C，Xing K Z，Lan M X，Gao X.

2022. Analysis of the antennal transcriptome and olfactionrelated genes of Eocanthecona furcellata [J]. Journal of Environmental Entomology， 44 （5） ： 1205-1217.] doi： 10.3969/j.issn.1674-0858.2022.05.15.

鄭海霞，張耀文，張仙紅，楊美紅.2018.綠豆象觸角轉(zhuǎn)錄組及 嗅覺相關(guān)基因的分析[J].昆蟲學(xué)報，61（2）：168-177.

[Zheng H X， Zhang Y W，Zhang X H， Yang M H. 2018. Analysis of the antennal transcriptome and olfactionrelated genes of Callosobruchus chinensis （Coleoptera： Bruchuidae） [J]. Acta Entomologica Sinica， 61 （2） ： 168177.] doi： 10.16380/j.kcxb.2018.02.003.

周淵濤.2019.亞洲小車蝗嗅覺相關(guān)蛋白的鑒定及功能研究 [D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué).[Zhou Y T.2019.Iden- tification and function analysis of olfactory proteins in Oedaleus asiaticus （Orthopera： Acrididae） [D]. Hohhot： Inner Mongolia Agricultural University.]

Brito N F， Moreira M F， Melo A C. 2016. A look inside odorantbindingproteins in insect chemoreception [J]. Journal of Insect Physiology，95 （12） ：51-65. doi： 10.1016/j.jinsphys.2016.09.008.

Kaupp U B. 2010. Olfactory signalling in vertebrates and

insects： Differences and commonalities[J]. Nature Reviews Neuroscience， 11： 188-200.

Wang X X， Liu H Y， Xie G L， Wang W K， Yang Y X. 2023. Identification and expression analyses of the olfactoryrelated genes in different tissues' transcriptome of a predacious soldier beetle，Podabrus annulatus （Coleoptera，Cantharidae）[J]. Archives of Insect Biochemistry and Physiology，112：e21997. doi： 10.1002/arch.21997.

Wu G X，Su R R，Ou Y H，Zheng X L，Lu W，Wang X Y. 2022. Antennal transcriptome analysis and identification of olfactory genes in Glenea cantor Fabricius （Cerambycidae： Lamiinae）[J]. Insects， 13（6）： 553. doi： 10.3390/insects

13060553. Zhang Y Y， Guo J M，Wei Z Q，Zhang X T，Liu S R，Guo H F， Dong S L. 2022. Identification and sex expression profiles of olfactory-related genes in Mythimna loreyi based on antennal transcriptome analysis[J]. Journal of Asia-Pacific Entomology ， 25 （3） ： 101934. doi ： 10.1016/j.aspen.2022.

101934. Zhu J， Arena S，Spinelli S， Liu D Z，Zhang G Q， Wei R P，Cambillau C， Scaloni A， Wang G R， Pelosi P. 2017. Reverse chemical ecology： Olfactory proteins from the giant panda and their interactions with putative pheromones and bamboo volatiles [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 114（46）： E9802-

E9810. doi：10.1073/pnas.1711437114.

（責(zé)任編輯麻小燕）