本期重点推介

正节肢动物中丝氨酸蛋白酶(SP)及其同源蛋白是蛋白酶中的一个超家族,参与多种生命活动,且受丝氨酸蛋白酶抑制剂(SPI)的严格调控。Kazal型SPI(KaSPI)是最为保守的一类。为了探究KaSPI在大豆蚜Aphisglycines生存和抵御病原入侵中的作用,东北农业大学农学院陈雅茹和樊东等克隆测定了大豆蚜KaSPI基因AgKaSPI的cDNA序列,分别检测了AgKaSPI在其不同发育阶段以及蜡蚧刺束梗孢菌Akanthomyceslecanii侵染后不同时间其成虫体内的表达水平,并测定分析了RNAi干扰AgKaSPI后其成虫体内AgKaSPI含量,丝氨酸蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶活性及蜡蚧刺束梗孢菌侵染成虫的死亡率变化,结果表明AgKaSPI可能通过调节丝氨酸蛋白酶活性参与了大豆蚜对蜡蚧刺束梗孢菌的免疫反应(pp.908-919)。     

Kazal型蛋白酶抑制剂结构与功能研究进展

蛋白酶抑制剂广泛存在于生物体内,在许多生命活动过程中发挥必不可少的作用,特别是对蛋白酶活性进行精确调控。其中Kazal型蛋白酶抑制剂是最重要的、研究最为广泛的酶抑制剂之一,该类抑制剂一般由一个或几个结构域组成,每一个结构域具有保守的序列和分子构象,同时发现该类抑制剂与蛋白酶作用的结合部位高度易变,它们大多数暴露于与溶剂接触的环上,其中P1部位是抑制作用的关键部位,抑制剂的专一性由P1部位氨基酸残基的性质决定,其它残基取代结合部位残基对抑制剂-酶的结合常数有显著的影响。Laskowski算法可直接从Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂的序列推测其与6种丝氨酸蛋白酶之间的抑制常数(Ki)。目前在生物体内发现大量的Kazal型蛋白酶抑制剂,并证实其有重要的生物学功能。     

柞蚕Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂ApKTSPI基因克隆及表达特征分析

【目的】克隆柞蚕(Antheraea pernyi)Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂(ApKTSPI)基因的cDNA序列并进行序列分析,研究ApKTSPI基因的组织表达分布及病原物免疫刺激后的表达模式,原核表达ApKTSPI。【方法】利用RACE-PCR方法扩增柞蚕ApKTSPI基因全长cDNA,生物信息学软件进行序列分析,利用实时定量PCR检测柞蚕ApKTSPI基因的组织分布及免疫刺激后的表达模式,利用pET-28a载体在大肠杆菌BL21中融合表达ApKTSPI。【结果】柞蚕ApKTSPI基因的cDNA全长568 bp,开放阅读框编码96个氨基酸,含一个Kazal结构域。ApKTSPI基因在柞蚕5龄幼虫脂肪体中特异性高表达,在核型多角体病毒、大肠杆菌和白僵菌免疫刺激后表达量都能上调,但上调的程度和时间都不同。ApKTSPI在大肠杆菌中成功诱导表达。【结论】获得了柞蚕ApKTSPI基因的cDNA全长,并研究了ApKTSPI基因的表达模式,为进一步研究其在柞蚕免疫中的功能及作用机理奠定了基础。     

光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin-FA72的克隆、表达及功能验证

【目的】本研究旨在对光滑鳖甲Anatolica polita borealis丝氨酸蛋白酶抑制剂基因进行克隆及表达分析,以验证光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂的功能。【方法】利用PCR和cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆获得光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因。采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的基本性质进行预测和分析,同时构建其编码产物的系统进化树;构建光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂蛋白重组表达载体,表达、纯化蛋白进行功能验证。【结果】获得光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Ap Serpin-FA72(Gen Bank登录号:MF188125),其基因编码序列长为1 176 bp,编码由391个氨基酸残基组成的多肽,蛋白理论分子量为43.7 k D,理论等电点为5.14,包含一个由21个氨基酸组成的信号肽。As Serpin-FA72属亲水蛋白,分泌到胞外发挥作用,可能具有胁迫应答的功能,与赤拟谷盗Triboloum castaneum Serpin的同源性最高。纯化得到的融合蛋白Trx A-Ap Serpin-FA72大小约为63.7 k D。功能验证表明,重组蛋白Trx A-Ap SerpinFA72对胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶活性均有抑制作用。【结论】光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因的表达产物对胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶活性具有抑制作用,表明其可能对消化类丝氨酸蛋白酶活性起抑制作用,对其功能活性的验证有助于深入研究Ap Serpin-FA72与丝氨酸蛋白酶之间的关系。     

北黄海沉积物可培养产蛋白酶细菌分离鉴定

【目的】揭示北黄海沉积物中可培养产胞外蛋白酶细菌及蛋白酶多样性,增加人们对北黄海生态系统中产蛋白酶菌多样性的认识,为海洋产蛋白酶微生物的挖掘提供菌群资源。【方法】分别将5个北黄海沉积物样品梯度稀释涂布至酪蛋白明胶筛选平板,选择性分离产蛋白酶细菌;并通过分析基于16S rRNA基因序列的系统发育关系,揭示这些细菌的分类地位和遗传多样性;分别测定胞外蛋白酶活性并对酶活较高的39株菌进行基于苯甲基磺酰氟(PMSF,丝氨酸蛋白酶抑制剂)、邻菲罗啉(o-phenanthroline,O-P,金属蛋白酶抑制剂)、E-64(半胱氨酸蛋白酶抑制剂)和pepstatin A(天冬氨酸蛋白酶抑制剂)4种抑制剂的酶活抑制实验以及所有菌株对3种底物(酪蛋白、明胶、弹性蛋白)的水解能力;分析这些细菌所产胞外蛋白酶的特性及多样性。【结果】从5个北黄海沉积物样品中分离获得66株产蛋白酶细菌,这些菌株隶属于Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes 4个门的7个属,其中Pseudoalteromonas(69.9%)、Sulfitobacter(12.1%)和Salegentibacter(10.6%)是优势菌群;沉积物中可培养的产蛋白酶细菌的丰度为104 CFU/g;蛋白酶酶活抑制实验表明所有测定菌株产生的胞外蛋白酶属于丝氨酸蛋白酶和/或金属蛋白酶,仅有少数菌株所产蛋白酶具有半胱氨酸蛋白酶或天冬氨酸蛋白酶活性。【结论】北黄海沉积物中可培养产蛋白酶细菌类群较为丰富,Pseudoalteromonas、Sulfitobacter和Salegentibacter菌株是优势菌群,测定菌株所产胞外蛋白酶主要是丝氨酸蛋白酶和/或金属蛋白酶。     

Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂研究进展

Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂是一类普遍存在的蛋白酶抑制剂,在体内各项生命活动中扮演着重要角色。这类抑制剂结构稳定且富有特色,通常具有一个或几个串联存在的Kunitz结构域,能够以类似底物的方式与丝氨酸蛋白酶结合,从而抑制酶的活性。在功能方面,Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂参与凝血和纤维蛋白溶解、肿瘤免疫、炎症调节以及抵抗细菌、真菌感染等过程。文中就Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂研究进展作一综述,为新型Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂的开发提供研究思路。     

绿木霉Gv29-8丝氨酸蛋白酶S8/S53超家族基因特性及功能

【背景】丝氨酸蛋白酶在木霉菌生物防治过程中发挥重要作用。【目的】研究绿木霉丝氨酸蛋白酶S8/S53超家族基因信息及其生物学功能,进而为该蛋白酶生防制剂的开发及基因改造提供理论支持。【方法】通过生物信息学分析方法,从绿木霉Gv29-8基因组中鉴定出23个丝氨酸蛋白酶基因,以少孢节丛孢菌ATCC 24927基因组中鉴定的4个丝氨酸蛋白酶基因作为对照,对这27个丝氨酸蛋白酶基因的特性、蛋白结构、进化地位、功能等进行预测分析。【结果】27个基因结构差异较大,编码的蛋白具有典型的丝氨酸蛋白酶催化三联体结构,属于S8/S53超家族,分为6个亚家族,同一亚家族的蛋白酶保守区长度相近,相似性较高,催化残基附近序列比较保守。系统进化分析显示,同一亚家族丝氨酸蛋白酶聚为一类。【结论】绿木霉和少孢节丛孢菌的部分丝氨酸蛋白酶基因在结构和蛋白性质上相似性强,亲缘关系较近,均属于S8_PCSK9_ProteinaseK_like亚家族,推测绿木霉与少孢节丛孢菌该亚家族的丝氨酸蛋白酶具有相似的功能,可抑制植物病原真菌和降解线虫体壁。     

基于MaxEnt模型的大豆蚜全球潜在地理分布分析

【目的】为预测和分析大豆蚜Aphis glycines的全球潜在地理分布,研究大豆蚜分布与环境变量之间的联系。【方法】利用最大熵法生态位模型(maximum entropy niche-based modeling, MaxEnt)和地理信息系统软件ArcGIS,根据收集的大豆蚜已知分布点和环境变量,预测大豆蚜的全球潜在地理分布区,推测环境变量对大豆蚜分布的影响。【结果】结果表明,大豆蚜适生区主要分布在低海拔地区,高 度适生区集中在25°~50°N的中国、日本、韩国、朝鲜、加拿大、美国、意大利和格鲁吉亚。决定大豆蚜分布地点的关键环境变量为最暖季度降水量、最暖季度平均温度、最湿季度平均温度、最干月降水量、月平均昼夜温差和温度季节性变化标准差。【结论】大豆蚜潜在地理分布区域广泛,应在各国大豆农产品贸易时做好检验检疫工作,以防止大豆蚜的扩散。     

通过优化表达元件及培养基组分提高地衣芽胞杆菌中碱性丝氨酸蛋白酶产量

【背景】碱性丝氨酸蛋白酶(Subtilisin)是一种具有广泛用途的工业酶制剂。【目的】旨在通过优化启动子、信号肽及培养基组分来提高地衣芽胞杆菌中碱性丝氨酸蛋白酶产量。【方法】以地衣芽胞杆菌BL10为出发菌株,构建了含有4种不同类型启动子(PbacA、P43、PaprE和PsrfA)及4种不同类型信号肽(SPVpr、SPSacB、SPSacC和SPAprE)的碱性丝氨酸蛋白酶表达菌株,并在获得高产菌株的基础上进行培养基优化。【结果】4种启动子的表达水平为PbacAPaprEP43PsrfA,4种信号肽的分泌效率为SPAprESPSacCSPSacBSPVpr。其中,菌株BL10/pPbacA-aprE产生最高的碱性丝氨酸蛋白酶酶活(275.21 U/mL),相比于出发菌株BL10/pHY-aprE (167.98 U/mL)提高了64%。随后,通过对发酵培养基成分进行优化并结合正交优化,获得了一种高产碱性丝氨酸蛋白酶的培养基(g/L):玉米淀粉40.0,豆粕50.0,(NH4)2SO4 4.0,K2HPO4 3.0,CaCO3 1.0。最后,碱性丝氨酸蛋白酶酶活提高到747.37 U/mL,是初始酶活的4.45倍。【结论】为工业化高产碱性丝氨酸蛋白酶提供了一种有效策略。     

苜蓿夜蛾丝氨酸蛋白酶基因cDNA序列的克隆与原核表达研究

【目的】丝氨酸蛋白酶(Serine protease,SP)是以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶。在昆虫中,丝氨酸蛋白酶参与消化、发育、先天免疫反应和组织重建等重要的生理过程。本试验以苜蓿夜蛾Heliothis viriplaca为材料,克隆其丝氨酸蛋白酶基因的cDNA序列,再对该基因进行原核表达并对表达产物进行活性测定研究。【方法】从苜蓿夜蛾中肠中提取总RNA,通过RT-PCR和RACE技术,扩增获得丝氨酸蛋白酶基因cDNA全长序列,用大肠杆菌E.coli表达系统进行表达;再对表达的重组蛋白进行变性、纯化与复性,并以BTEE为底物进行活性测定。【结果】克隆得到的苜蓿夜蛾中肠丝氨酸蛋白酶基因命名为Hv SP,该基因已登录Gen Bank,登录号为KT907053。该基因全长1 017 bp,开放阅读框为886 bp,编码295个氨基酸,分子量约为30.8 ku,等电点为8.27,推导的氨基酸序列与其他昆虫丝氨酸蛋白酶氨基酸序列相似性在46%~92%之间。在Tris-HCl缓冲液中,p H为8.5时,复性的重组蛋白活性最高,为28.7 U/m L。荧光定量PCR结果表明,Hv SP基因的m RNA在苜蓿夜蛾的多个组织中特异性表达,且在中肠中表达量最高,但在唾腺中未检测到Hv SP的m RNA表达。【结论】该研究克隆了一个新的苜蓿夜蛾丝氨酸蛋白酶基因的cDNA序列,且原核表达后的重组蛋白经过变性、纯化及复性后具有活性,为进一步探索丝氨酸蛋白酶在昆虫体内的生理生化功能奠定了基础。     

MicroRNA通路中的关键因子Dicer-1和Argonaute-1对豌豆蚜免疫防御的影响

【目的】研究microRNA(miRNA)通路中两个关键组分Dicer-1和Argonaute-1(Ago-1)在豌豆蚜Acyrthosiphon pisum抵御细菌和真菌侵染中的作用,加深对豌豆蚜免疫防御系统的了解。【方法】用qRT-PCR检测细菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和大肠杆菌Escherichia coli以及真菌球孢白僵菌Beauveria bassiana分别侵染后豌豆蚜成蚜体内Dicer-1和Ago-1的表达量;通过注射法利用RNAi技术对豌豆蚜成蚜Dicer-1和Ago-1进行沉默后,感染金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和球孢白僵菌,检测豌豆蚜体内细菌和真菌的增殖和统计豌豆蚜成蚜存活率。【结果】与0.85% NaCl溶液处理的对照组相比,金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和球孢白僵菌侵染豌豆蚜成蚜后,其体内Dicer-1和Ago-1的表达量发生了一定程度的上调。RNAi干扰Dicer-1后,感染金黄色葡萄球菌36 h时豌豆蚜成蚜中细菌菌落数显著高于对照组(注射dsLTA)的,但感染后7 d时的存活率与对照组无显著差异;感染大肠杆菌12和24 h时豌豆蚜成蚜体内的细菌菌落数均显著高于对照组的,但感染后7 d时的存活率显著低于对照组的;感染球孢白僵菌后6 d,豌豆蚜成蚜体内真菌孢子数显著高于对照组的,但感染后7 d时的存活率显著低于对照组的。RNAi敲降Ago-1后感染金黄色葡萄球菌,豌豆蚜成蚜体内细菌菌落数在36 h时显著高于对照组的,但感染后7 d时的存活率显著低于对照组的;感染大肠杆菌后,在24 h时豌豆蚜成蚜体内细菌菌落数显著高于对照组的,感染后7 d时的存活率略低于对照组的,但无显著差异;感染球孢白僵菌后6 d,豌豆蚜成蚜体内真菌孢子数显著高于对照组的,但感染后7 d时的存活率显著低于对照组的。【结论】豌豆蚜miRNA通路中的两个关键组分Dicer-1和Ago-1参与了豌豆蚜抵御细菌和真菌侵染的免疫防御反应,尤其在抵御真菌的防御反应中有重要作用。     

环氧苍耳素Ⅰ对菜青虫中肠消化酶和羧酸酯酶活性的影响

【目的】探明苍耳Xanthium sibiricum活性物质--环氧苍耳素Ⅰ对菜青虫的作用机理。【方法】采用饲喂法处理4龄菜青虫Pieris rapae, 测试从苍耳中分离提纯的环氧苍耳素Ⅰ（为倍半萜内酯类物质）对菜青虫中肠蛋白酶、 淀粉酶和羧酸酯酶活性的影响。【结果】环氧苍耳素Ⅰ对蛋白酶活性的抑制最强, 处理后12, 24和48 h, 菜青虫中肠蛋白酶抑制率分别为20.95%,29.38%和50.06%; 其次为淀粉酶, 抑制率分别为11.89%,39.01%和31.92%。同时,中肠羧酸酯酶活性在处理后12 h与对照之间无显著变化, 24 h 时活性被显著抑制, 而48 h时活性却明显高于对照。【结论】环氧苍耳素Ⅰ对昆虫中肠消化酶活性的抑制, 可能是引起昆虫表现取食抑制和生长发育不良的重要原因之一。     

蜡蚧轮枝菌分生孢子在不同虫态棕尾別麻蝇体表的附着能力及与寄主体表结构的关系

【目的】为解释蜡蚧轮枝菌Lecanicillium lecanii对棕尾别麻蝇Boettcherisca peregrina成虫、蛹和幼虫等 3种虫态的致病性差异,研究分析了蜡蚧轮枝菌L. lecanii分生孢子在3种虫态体表的附着能力及与寄主体表结构的关系。【方法】采用血球计数板计数法测量蜡蚧轮枝菌分生孢子在棕尾別麻蝇B. peregrina成虫、蛹和幼虫体表的附着数量,并利用扫描电子显微镜等显微技术观察供试虫体体壁外长物分布情况以及附着分生孢子情况。【结果】蜡蚧轮枝菌分生孢子在棕尾別麻蝇3种虫态上的附着数量差异显著(P=0.0001),成虫附着孢子数量为(1.35±0.12)×10⁶个/头,而蛹和幼虫分别为(0.57±0.09)×10⁶个/头和(0.45±0.06)×10⁶个/头。成虫周身微毛上均有孢子附着;整个蛹体仅棘刺底部呈“绳索状”的褶皱处可发现有孢子的附着;幼虫的体表未发现有孢子的附着。【结论】蜡蚧轮枝菌分生孢子在棕尾別麻蝇成虫、蛹、幼虫体表的附着能力与寄主体表结构有密切关系,是蜡蚧轮枝菌对该虫不同虫态间存在致病差异的原因。     

家蚕鞣化激素基因对翅展及繁殖力的调控作用

【目的】昆虫鞣化激素(Bursicon)是由神经系统分泌的一种异源二聚体神经肽,对昆虫表皮鞣化、翅展等功能具有调控作用。本研究旨在探究鞣化激素基因与家蚕Bombyx mori翅发育及对繁殖力相关基因的关系,明确其对翅展和繁殖力的调控作用。【方法】采用RNAi技术,分别注射Bursicon基因的dsRNA(dsBmBurs-α, dsBmBurs-β和dsBmBurs-α+dsBmBurs-β)到家蚕1日龄蛹,以注射dsGFP为对照。观察RNAi后家蚕表型,并计算家蚕单雌产卵量;利用实时定量PCR技术检测Bursicon基因RNAi后家蚕羽化后24 h成虫中翅发育相关基因(BmWg, BmFt, BmFj和BmDs)和RNAi 48和72 h后家蚕蛹中繁殖相关基因(卵黄原蛋白基因BmVg和卵黄原蛋白受体基因BmVgR)的表达水平。【结果】家蚕Bursicon基因被RNAi后,羽化后24 h的家蚕翅不能正常伸展,dsBmBurs-α,dsBmBurs-β和dsBmBurs-α+dsBmBurs-β处理组的翅畸形率分别为93.33%, 96.67%和96.43%;平均单雌产卵量分别为312.67, 332.00和284.00粒,显著低于对照组(406.00粒)。RNAi干扰Bursicon基因后,家蚕Bursicon基因BmBurs-α和BmBurs-β表达量显著下调,其相关基因BmWg, BmFt, BmFj, BmDs, BmVg和BmVgR的表达水平均显著低于对照组。【结论】鞣化激素基因参与调节家蚕翅发育相关基因的转录水平来调控翅展。同时,它们还可以参与调节繁殖相关基因BmVg和BmVgR的表达,从而影响家蚕的繁殖。     

甜菜夜蛾肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA的克隆及功能鉴定

【目的】本研究旨在阐明甜菜夜蛾Spodoptera exigua幼虫体内肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition protein, PGRP)在响应苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)感染过程中的功能。【方法】利用PCR方法扩增甜菜夜蛾幼虫肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA全长cDNA;采用qRT-PCR分析SePGRP-SA在甜菜夜蛾不同发育阶段(卵、1-5龄幼虫、预蛹和蛹)及4龄幼虫不同组织(中肠、马氏管、围食膜、脂肪体、血淋巴和表皮)中的表达。通过RNAi技术沉默SePGRP-SA基因72 h后,qRT-PCR检测SePGRP-SA沉默效率及甜菜夜蛾4龄幼虫中肠抗菌肽相关基因(Ceropin, Attacin和Defensin)和细菌载量的变化。RNAi沉默SePGRP-SA 24 h后,以苏云金芽胞杆菌菌株Bt-GS57饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫0, 24, 48, 72, 96和120 h,计算幼虫校正死亡率;饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫Bt-GS57后0, 24, 48和72 h,利用qRT-PCR检测中肠SePGRP-SA, Ceropin, Attacin和Defensin的相对表达量。【结果】克隆获得甜菜夜蛾SePGRP-SA全长DNA(GenBank登录号：MW265930),开放阅读框长576 bp,编码191个氨基酸,其编码蛋白的预测分子量为21.59 kD。序列分析结果表明,SePGRP-SA具有典型的PGRP和Ami2保守结构域,信号肽为19个氨基酸,为分泌型蛋白;系统进化分析发现,SePGRP-SA与斜纹夜蛾Spodoptera litura的SlPGRP亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达91.1%。发育表达谱结果表明SePGRP-SA在甜菜夜蛾4和5龄幼虫、预蛹和蛹中高表达;组织表达谱结果表明,SePGRP-SA在4龄幼虫各组织中均表达,其中以血淋巴中表达量最高。与注射dsEGFP(对照)相比,注射dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫在72 h时中肠SePGRP-SA基因表达量下调了95.26%,Cecropin, Attacin和Defensin表达量显著下调,中肠细菌载量显著升高。注射dsEGFP和dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫饲喂Bt-GS57,72 h时幼虫校正死亡率分别为50.00%和73.33%,表明幼虫对Bt-GS57的敏感性明显增加。甜菜夜蛾4龄幼虫取食Bt-GS57后,中肠SePGRP-SA, Cecropin, Attacin和Defensin表达量在48 h均显著增加,72 h时降低。【结论】Bt侵染能够引起甜菜夜蛾SePGRP SA基因激活抗菌肽相关基因Cecropin, Attacin和Defensin的表达。     

朱砂叶螨刺吸胁迫对玉米防御信号分子的诱导作用

【目的】探明朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus持续为害对玉米Zea mays叶片内茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)、乙烯(ethylene,ET)、一氧化氮(nitricoxide,NO)、脱落酸(abscisic acid,ABA)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)6个防御信号分子的诱导作用。【方法】室内人工接螨(10,20和30头/叶),采用分光光度法(SP)、高效液相色谱法(HPLC)和酶联免疫法(ELISA),测定了朱砂叶螨持续为害0,24,48,72和96 h后,玉米幼苗叶片内6个信号分子的含量。【结果】朱砂叶螨持续刺吸为害玉米幼苗叶片后,JA,ABA和H2O23个信号分子含量在叶螨刺吸为害24 h内迅速上升,在24 h时达高峰值,叶螨密度为30头/叶时其含量分别为同期未接螨对照的4.13,3.84和3.20倍,24-48 h内迅速下降;此后,ABA和H2O2含量维持在较低水平,而JA含量在48-96 h内又上升至次高峰值。NO含量则在24-48 h内上升较快,48 h时达最高,叶螨密度为30头/叶时其含量为同期未接螨对照的5.09倍。SA和ET含量在96 h内均随刺吸时间的延长而增大,96 h时最高,叶螨密度为30头/叶时其含量分别为同期未接螨对照的5.17和2.99倍。叶螨密度为30头/叶时,6个信号分子含量均显著高于同期未接螨对照(P0.05)。【结论】朱砂叶螨为害对玉米叶片内JA,SA,ET,NO,ABA和H2O2均具有诱导作用,且6个信号分子在叶螨持续为害玉米叶片后循序被诱导。     

热应激和吡虫啉对大豆蚜hsp70和hsc70基因mRNA表达的影响

【目的】昆虫在高温或农药的胁迫下,通过高效表达热休克蛋白(HSP)等建立应激自我保护机制。本研究为从转录组水平上认识大豆蚜Aphis glycines在热应激和吡虫啉胁迫下hsp70和hsc70 mRNA表达分子机制,进而寻找自我保护应激反应中的薄弱环节,为大豆蚜的生物防治提供理论基础。【方法】采用同源克隆、RACE技术和实时荧光定量PCR等方法研究不同热激时间和热激后不同恢复时间及不同吡虫啉浓度对大豆蚜4龄若虫hsp70和hsc70的表达影响。【结果】37℃热激后,大豆蚜4龄若虫中hsp70表达量先上调,1 h时升至对照组的10.36倍（P<0.05）,然后逐渐下降。同样热激后恢复时间的长短对大豆蚜若蚜中hsp70的表达具有显著影响。热激处理后,大豆蚜若蚜中hsp70立即大量表达,表达量为对照组的8.78倍（P<0.05）,随后表达量下降至对照组水平,而hsc70的表达量并没有显著变化（P>0.05）。大豆蚜若蚜受吡虫啉的胁迫时,其hsp70和hsc70的表达量受吡虫啉的浓度及胁迫的时间的影响,呈现先升高后下降的趋势,具有明显的短期效应。【结论】吡虫啉诱导大豆蚜hsp70和hsc70表达量的上调;而热胁迫对hsp70和hsc70 mRNA具有不同的表达模式,高温可以诱导hsp70的表达,但对hsc70没有明显的诱导作用。     

沉默类胰岛素多肽(Ilp)基因对褐飞虱翅和卵巢发育及海藻糖代谢的影响

【目的】类胰岛素多肽(insulin-like peptide, Ilp)位于胰岛素信号通路最上游,其在糖类物质调控中发挥关键作用。本研究则旨在探究Ilp在褐飞虱Nilaparvata lugens海藻糖代谢平衡的调控作用。【方法】以褐飞虱5龄若虫为实验材料,采用RNAi技术干扰Ilps的表达,观察RNAi后褐飞虱的表型以及雌成虫的卵巢发育。RNAi 48 h与72 h后,采用生化方法测定褐飞虱5龄若虫体内海藻糖、糖原和葡萄糖含量以及海藻糖酶活性变化;采用qPCR检测海藻糖酶基因(TRE1-1, TRE1-2和TRE2)和海藻糖合成酶基因(TPS1和TPS2)的表达量变化。【结果】dsRNA可有效抑制Ilps的表达,导致褐飞虱出现异常翅型,且注射dsIlp3以及dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4发现褐飞虱2日龄雌成虫卵巢发育不完全。分别注射dsIlp1-4和dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后48 h均能显著提高葡萄糖含量;分别注射dsIlp2, dsIlp3及dsIlp4后48 h显著提高了糖原含量;分别注射dsIlp3和dsIlp4后48 h能够显著提高海藻糖含量,而分别抑制Ilp2和Ilp4 72 h后海藻糖含量显著下降,但注射dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后48和72 h海藻糖含量都显著上升。注射dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后72 h可溶性海藻糖酶活性均显著上升,膜结合型海藻糖酶活性则在分别注射dsIlp3, dsIlp4和dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后72 h显著下降;分别注射dsIlp1, dsIlp2和dsIlp4后TRE1-1, TRE1-2, TRE2, TPS1和TPS2的表达量显著下降。【结论】沉默Ilp基因对褐飞虱的发育以及繁殖有一定的阻碍作用,且能够提高褐飞虱体内葡萄糖与糖原的含量,下调海藻糖酶与海藻糖合成酶基因表达量,提高可溶性海藻糖酶的活性,进而调控海藻糖的代谢。     

昆虫病原真菌长孢蜡蚧菌TF-2菌株对豌豆蚜的侵染过程和致病力

【目的】豌豆蚜Acyrthosiphon pisum是世界性的重要农业害虫,给豆类作物造成巨大的经济损失。本研究在前期筛选已获得豌豆蚜致病菌长孢蜡蚧菌Lecanicillium longisporum TF-2菌株的基础上,检测了该致病菌分生孢子对豌豆蚜的毒力效用及侵染方式,以期为利用昆虫病原真菌防治豌豆蚜提供理论基础。【方法】采用离体叶片饲养法检测在不同浓度长孢蜡蚧菌TF-2菌株孢子悬浮液(1.0×10~3～1.0×10~7孢子/mL)中浸渍后对豌豆蚜成虫的致病力;应用扫描电镜和体视显微镜观察豌豆蚜成虫接种TF-2菌株(1.0×10~7孢子/mL)后长孢蜡蚧菌TF-2菌株侵染症状和侵染过程。【结果】不同浓度长孢蜡蚧菌TF-2菌株分生孢子浸染豌豆蚜成虫致病力随分生孢子浓度升高而逐渐增强,侵染后6 d对豌豆蚜成虫的半致死浓度(LC_(50))为3.26×10~4孢子/mL,最高浓度分生孢子(1.0×10~7孢子/mL)对豌豆蚜成虫的半致死时间(LT_(50))为2.92 d。扫描电镜观察结果表明,接种后24 h,TF-2菌株分生孢子在豌豆蚜成虫体表皮萌发形成芽管和附着胞;接种后48 h,芽管伸长在复眼、触角基部、足基节、腹末生殖节等部位形成网络结构;接种后96 h,菌丝布满整个虫体,新的分生孢子产生。【结论】长孢蜡蚧菌TF-2菌株对豌豆蚜成虫具有较强的致病力,扫描电镜观察揭示了其分生孢子在其虫体上的侵染过程,结果为进一步应用昆虫病原真菌进行生物防治提供理论基础和参考依据。     

细胞色素P450基因AsCYP6Z2在中华按蚊溴氰菊酯抗性维持中的作用

【目的】探究细胞色素P450基因AsCYP6Z2是否与中华按蚊Anopheles sinensis抗拟除虫菊酯有关。【方法】克隆中华按蚊AsCYP6Z2基因的编码区。采用实时定量PCR(real-time quantitative PCR, qPCR)检测该基因在中华按蚊溴氰菊酯敏感品系(WX-LS)和抗性品系(YN-LR)雌蚊不同发育阶段的表达和在敏感品系雌蛹不同组织中的表达。雌蛹腹部后端分别在25 mg/mL溴氰菊酯溶液和纯丙酮溶液(对照)中体外培养后,采用qPCR检测AsCYP6Z2在溴氰菊酯处理组和丙酮对照组中的表达差异。于化蛹后10 h分别注射dsAsCYP6Z2(RNAi组)和dsEGFP(对照组),采用qPCR检测AsCYP6Z2在RNAi组和对照组中的表达差异;采用生物测定方法测定RNAi组和对照组中雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h内的击倒率及雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h并恢复24 h时的死亡率。通过分子对接预测该基因与溴氰菊酯相互作用的氨基酸残基。【结果】克隆获得了AsCYP6Z2基因(GenBank登录号： MT840336)的编码区,其开放阅读框(ORF)长1 251 bp,编码416个氨基酸,无信号肽和跨膜结构域。发育表达谱表明,AsCYP6Z2基因主要在化蛹30 h至成蚊3 h期间高表达,且抗性品系的基因表达量明显高于敏感品系的;组织表达谱显示该基因在腹部后端的表达量较高,其次是在腹部前端和胸部,在头部的表达量最低。雌蛹腹部后端在25 mg/mL溴氰菊酯溶液中培养12 h和24 h后,处理组中AsCYP6Z2的表达量相比于对照组(纯丙酮培养组)分别上调4倍和13倍。RNAi干扰AsCYP6Z2后,RNAi组中AsCYP6Z2基因的表达量相较于对照组(dsEGFP注射组)下调了约80%。雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h后,RNAi组中的个体比对照组中的约提前20 min出现明显的击倒现象,且击倒率明显高于对照组;雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h并恢复24 h后,RNAi组中的个体死亡率相比对照组增加了17%, 表明沉默AsCYP6Z2基因导致蚊虫对溴氰菊酯的敏感度显著增加。溴氰菊酯与AsCYP6Z2预测蛋白的分子对接研究结果显示,溴氰菊酯可以进入AsCYP6Z2蛋白的结合口袋,并且与Cys-155形成Pi-硫相互作用以及产生较稳定的氢键,侧链也可与AsCYP6Z2的Ala-165, Val-72, Leu-76, Leu-82和Ala-24等氨基酸残基形成稳定的疏水相互作用网络。【结论】研究结果表明AsCYP6Z2基因参与中华按蚊溴氰菊酯抗性表型的维持,这为进一步探究该基因在拟除虫菊酯类杀虫剂代谢过程中的分子机理奠定了前期基础。