昆虫几丁质合成及其调控研究前沿

几丁质合成与降解是昆虫最重要的生理过程之一。本文根据国外和作者自己的研究,综述了昆虫几丁质合成及其调控研究进展。昆虫几丁质的生物合成通路始于海藻糖,终止于几丁质,其中共有8个酶参与。目前研究最多的为海藻糖酶和几丁质合成酶。昆虫存在2个海藻糖酶基因和2个几丁质合成酶基因。可溶性海藻糖酶基因对昆虫表皮的几丁质合成影响更大,而膜结合海藻糖酶基因则主要影响中肠的几丁质合成。几丁质合成酶A主要负责表皮和气管几丁质的合成,而几丁质合成酶B则负责中肠围食膜的几丁质合成。目前,昆虫几丁质合成的调控途径主要有两种:利用RNAi技术和几丁质合成抑制剂。     

家蚕几丁质去乙酰化酶BmCDA2的基因表达和免疫定位

几丁质的去乙酰化修饰与昆虫的发育变态密切相关,几丁质去乙酰化酶(chitin deacetylase,CDA)是这个过程中的关键酶。家蚕(Bombyxmori)是鳞翅目昆虫的代表性昆虫,目前对家蚕CDAs的研究较少。为了更好地揭示BmCDAs对家蚕变态发育的作用,本研究采用生物信息学分析、蛋白表达纯化以及免疫荧光定位等方法对表皮中高量表达的BmCDA2进行了研究。结果发现,BmCDA2有两种mRNA拼接形式BmCDA2a和BmCDA2b,分别在幼虫眠期和化蛹期表皮高量表达,两个基因均有几丁质去乙酰化酶催化结构域(catalyticdomain)、几丁质结合结构域(chitinbinding domain)和低密度脂蛋白受体结构域(low density lipoprotein receptor domain);Western blotting结果显示,该蛋白在表皮存在,荧光免疫定位发现BmCDA2蛋白随着幼虫新表皮的生成而逐渐增多,推测BmCDA2可能参与了幼虫新表皮的形成。该结果丰富了家蚕CDAs的生物学功能信息,也为其他昆虫CDA的研究提供一些有价值的参考。     

小菜蛾几丁质酶基因的克隆及表达分析

昆虫几丁质酶参与昆虫蜕皮、消化、防御及免疫等多种生理过程,在昆虫的变态和发育中发挥着重要作用。本研究采用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)和快速扩增cDNA末端(RACE)技术克隆获得小菜蛾Plutella xylostella几丁质酶基因,命名为PxyChi。该基因开放阅读框长1677 bp,编码558个氨基酸,推测的蛋白分子量为62.03 kDa。氨基酸序列分析表明,小菜蛾几丁质酶第1-19位氨基酸为蛋白的信号肽,且该序列具有典型昆虫几丁质酶的4个保守氨基酸序列。蛋白结构域分析表明,PxyChi属于几丁质酶Group II家族。进化树分析表明:PxyChi与同属鳞翅目二化螟Chilo suppressalis的几丁质酶亲缘关系最近,为75.5%。不同发育时期的荧光定量PCR分析表明,PxyChi在小菜蛾各个发育时期的表达量不同,其中PxyChi在2、3、4龄幼虫、蛹和成虫中的表达量分别是1龄幼虫的28.22、0.76、0.50、84.83和286倍,PxyChi在成虫的表达量最高。暗示PxyChi蛋白可能参与小菜蛾蛹期旧表皮降解和成虫翅的发育等生理过程。本研究可为探索几丁质酶在小菜蛾发育中的功能提供理论依据。     

马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)PmHEX基因的功能研究

几丁质是软体动物贝壳有机框架的重要成分,其代谢在贝壳矿化中发挥重要作用。β-N-乙酰-己糖胺酶(HEX, EC3.2.1.52)是几丁质代谢的关键水解酶。为了探究马氏珠母贝β-N-乙酰-己糖胺酶(Pm HEX)(登录号:MF555152)在贝壳形成中的作用,本研究利用原位杂交(ISH)技术检测Pm HEX基因在外套膜的定位,结果显示Pm HEX的mRNA主要分布于外侧褶的外上皮细胞、中褶的内侧上皮细胞和内褶上皮细胞。利用RNAi技术抑制Pm HEX表达后,Pm HEX在边缘区和套膜区的表达量均显著下调;SEM观察发现实验组的棱柱层和珍珠层的微观结构都出现不同程度的紊乱。综上所述,Pm HEX可能通过影响几丁质代谢,参与马氏珠母贝贝壳棱柱层和珍珠层的矿化过程。     

RNAi介导的HvCDA1基因沉默影响茄二十八星瓢虫存活和发育

【目的】茄二十八星瓢虫Henosepilachna vigintioctopunctata是茄科(Solanaceae)植物上的重要害虫。昆虫体内几丁质脱乙酰酶1(chitin deacetylase 1, CDA1)催化N-乙酰氨基-D-葡萄糖胺脱去乙酰基,促使几丁质转化为壳聚糖,控制昆虫体内几丁质纤维有序堆积,并维持角质层结构的完整性。抑制虫体中CDA1基因的表达会抑制壳聚糖的合成,影响昆虫表皮结构的形成,使昆虫不能正常发育而亡。【方法】利用RT-qPCR方法测定HvCDA1基因在茄二十八星瓢虫不同发育阶段(卵、1-4龄幼虫和预蛹)和4龄幼虫不同组织(表皮、脂肪体、中肠和马氏管)中的表达模式。通过饲喂茄二十八星瓢虫1龄幼虫不同浓度dsHvCDA1溶液浸泡处理1 min的茄子叶片后及直接饲喂4龄幼虫不同浓度dsHvCDA1溶液,探究沉默茄二十八星瓢虫HvCDA1基因对其幼虫存活和发育以及HvCDA1基因表达量的影响。【结果】发育表达谱结果表明,HvCDA1在茄二十八星瓢虫的各发育阶段均有表达,但在1龄末和2龄末幼虫中的表达量最高。组织表达谱结果显示,在茄二十八星瓢虫4龄幼虫的表皮中H...     

中华绒螯蟹蜕皮过程中体壁结构和主要成分的变化

采用组织化学和原子吸收分析等方法, 研究了中华绒螯蟹蜕皮过程中体壁结构和主要成分的变化。结果显示: 中华绒螯蟹体壁分为上表皮、外表皮、内表皮和膜层, 糖类物质各层均有分布, 胶原纤维分布在除上表皮外的其他各层。在蜕皮前, 糖类、胶原纤维都被重吸收, 体壁上表皮和外表皮在蜕皮前形成, 内表皮和膜层在蜕皮后形成。体壁粗蛋白含量在蜕皮前期(D1-D3-4期)降低(P0.05), 蜕皮后A-B期含量极高(P0.05)。几丁质含量在蜕皮过程中变化不显著(P0.05), 只是在蜕皮前稍有上升。Ca2+和Mg2+含量在蜕皮前D1期显著低于蜕皮间期和蜕皮前其他时期(P0.05), 而蜕皮后A-B期降到最低(P0.05), 蜕下的甲壳中则含有较多的Ca2+和Mg2+ (P0.05)。Cu2+和Zn2+含量除蜕皮后A-B期升高外(P0.05), 其余时期变化不明显(P0.05)。这些研究结果表明, 中华绒螯蟹体壁结构和成分变化与蜕皮周期密切相关。       

亚洲玉米螟几丁质合成酶B(CHSB)启动子序列克隆与分析

昆虫几丁质合成酶是昆虫蜕皮和变态发育过程中几丁质生物合成的关键酶,同时也是环境友好杀虫剂的理想靶标。昆虫几丁质合成酶可分为两类,即A类和B类。其中A类几丁质合成酶(CHSA)主要合成昆虫表皮的几丁质,而B类几丁质合酶(CHSB)在围食膜的形成阶段表达。从亚洲玉米螟3龄幼虫体内提取基因组DNA,利用染色体步移获得了CHSB完整的启动子序列。该DNA片段长度为1484 bp,分析显示该片段为Of CHSB基因5'端侧翼序列,转录起始位点从+1开始,Of CHSB的开放阅读框从+348至+402,分析表明6种类似的转录因子(GATA-1、C/EBPalpha、Oct-1、Dfd、CREB、ER)可能参与Of CHSB的转录调控。转录因子结合位点分别于+116至+127(CREB)、+120至+131(ER)和+292至+302(Oct-1)的区域可能是该启动子的核心顺式元件。     

生物信息学在昆虫几丁质酶研究中的应用

昆虫几丁质酶及类似蛋白由多种不同的基因编码而成,它们在分子量大小、空间结构、化学性质和酶学性质等方面存在较大的差异,并在昆虫不同的组织、不同时期的表达量各不相同,对昆虫生长发育过程中几丁质的代谢起着重要的作用.在昆虫几丁质酶的研究过程中,生物信息学在几丁质酶基因克隆、结构分析、同源性比较等方面应用广泛.该文主要对昆虫几丁质酶及生物信息学在昆虫几丁质酶研究中的应用、存在的问题及展望做了全面的综述.     

吸血昆虫生殖调控的分子机制

吸血昆虫是可以传播病原微生物的一类节肢动物,包括蚊虫、白蛉、蠓、猎蝽、跳蚤等。由于其特殊的吸血习性,它们成为了疟疾、登革热、丝虫病、锥虫病等急性传染性疾病的媒介载体。虫媒疾病具有传播速度快、扩散面积广和危害重等特点,不仅严重危害人类健康,还容易造成巨大的经济损失。由于针对虫媒传染病的药物匮乏以及虫媒病原对化学药物抗性的不断增加,阻断吸血昆虫的生殖成为控制虫媒疾病传播的有效措施。保幼激素(juvenile hormone, JH)和20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)在昆虫生殖过程中扮演着重要的角色。JH与胞内受体复合物Met/Tai结合后调控JH/Met靶基因表达,进而促进卵黄发生过程,为昆虫之后的吸血及产卵提供了必要条件;20E胞内受体为EcR/USP组成的异源二聚体,两者结合后激活下游基因表达,诱导卵黄原蛋白(vitellogenin, Vg)合成,为发育的卵巢提供营养。营养信号通路(胰岛素信号通路以及氨基酸介导的雷帕霉素靶蛋白信号通路)同样可以激活Vg合成,促进昆虫生殖;此外,营养信号通路与JH和20E之间可以相互作用共同调控吸血昆虫发育和繁殖。碳水化合物代谢以及脂代谢等能量代谢过程是昆虫生殖过程中主要能量来源,可以满足吸血昆虫生殖发育不同阶段极高的能量需求。研究表明,JH和20E信号通路在能量代谢过程中起着重要的调控作用;微小RNA在蚊虫这一类吸血昆虫中被证明与肠道微生物稳态、血液消化以及脂代谢等生理学过程密切相关,进一步影响了蚊虫卵巢发育。近年来,随着分子生物学及测序技术的革新,吸血昆虫生殖调控机制的研究不断取得新的进展。本文主要阐述了吸血昆虫生殖调控的分子机制研究进展,以期为通过调控吸血昆虫生殖的方法以阻断病原传播提供重要线索。     

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶, 亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、 蜕皮、 变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆, 从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区, 部分蛋白拥有1~2个跨膜结构域, 根据是否具有跨膜结构, 可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类, 膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列, 即“PGGRFREFYYWDSY”和“QWDYPNAWPP”。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖, 为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面, 一是参与昆虫几丁质合成途径, 从而调控表皮、 中肠等处的几丁质合成; 二是通过与激素的协同作用, 调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化, 从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境, 并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能, 其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。     

昆虫卵黄原蛋白受体的研究进展

昆虫卵黄发生的一个重要过程是卵黄蛋白的摄取,已有的研究表明脂肪体合成的卵黄原蛋白(vitellogenin,Vg)是通过受体介导的内吞作用(receptor mediated endocytosis,RME)被正在发育的卵母细胞所摄取。昆虫卵黄原蛋白受体(vitellogenin receptor,VgR)是介导昆虫卵黄原蛋白胞吞作用主要受体,它属于低密度脂蛋白家族,在结构与特性上具低密度脂蛋白家族的共性。卵黄原蛋白及其受体在昆虫生殖过程中起着重要的作用,本文综述了昆虫VgR的基本特性、分子结构及表达调控等方面的研究进展。     

细胞自噬介导的动物脂代谢及其检测

细胞自噬(autophagy)是从酵母到哺乳动物都高度保守的、降解胞内物质的过程,受到能量和营养等信号的严格调控。已有研究表明,哺乳动物中高脂饮食可诱导肝脏内自噬的发生,某些自噬相关基因(autophagy related genes,Atg)敲除后阻碍肝脏细胞的脂代谢,并导致脂滴堆积,形成脂肪肝。昆虫中的现有研究也暗示细胞自噬与昆虫脂肪体的代谢密切相关。目前为止,细胞自噬调控脂代谢的研究还有许多不明之处。除已报道的ATG蛋白外是否其他ATG蛋白也参与脂代谢尚无报道;已知的参与脂代谢的ATG蛋白分子作用模式不清楚;溶酶体中哪些酶参与了自噬介导的脂代谢也未被证实。ATG蛋白差异参与真菌和高等动物的脂滴形成与脂肪降解,但具体机制不详,昆虫的进化地位介于高等动物和真菌之间,昆虫中开展自噬介导脂代谢的研究对于解析高等动物的疾病诸如肥胖症、高血脂症,及以昆虫脂肪体代谢发育为调控靶标的工作具有重要意义。为此,本文对主要在哺乳动物中获得的自噬介导脂代谢的研究进展进行综述,并对脂代谢的一些研究方法和检测技术进行了总结,以期为昆虫乃至其他生物的相关研究提供借鉴与参考。     

甘蓝夜蛾两种不同类型几丁质脱乙酰基酶基因的克隆与组织特异性表达

几丁质脱乙酰基酶(chitin deacetylase,CDA)是昆虫几丁质降解酶中的一种酶,可以将几丁质转化为壳聚糖,在昆虫几丁质代谢中具有重要作用.本研究以甘蓝夜蛾Mamestra brassicae5龄幼虫虫体为材料提取总RNA,利用RT-PCR和RACE技术,分别扩增得到甘蓝夜蛾的2类不同几丁质脱乙酰基酶基因的...     

靶向调控飞蝗表皮代谢相关基因的miRNA的鉴定与分析

【目的】miRNAs(microRNAs)是一类广泛存在于真核生物中并参与调控生物体多种生命活动的非编码RNA。昆虫蜕皮发育过程包括新表皮的生成和旧表皮的降解。本研究旨在鉴定靶向调控飞蝗表皮代谢关键基因的miRNAs,为研究飞蝗Locusta migratoria表皮发育的分子调控机制提供一定的实验基础,同时为研发新的害虫防治分子靶标和防治策略提供科学依据。【方法】采用生物信息学方法预测与飞蝗表皮代谢关键基因潜在结合的miRNAs;荧光定量PCR方法检测表皮代谢相关基因及以其为靶标的miRNAs在飞蝗2龄和3龄第1,3和5天若虫中的表达趋势;利用免疫共沉淀技术及双荧光素酶报告技术在体内外水平分析miRNA与其靶基因的结合情况。【结果】生物信息学方法预测到与脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)、UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-N-acetylglucosamine pyrophorylase,UAP)、糖基转移酶(asparagine-linked glycosylation protein 5,ALG5)和Sinuous等表皮代谢相关酶基因有潜在结合能力的miRNAs分别为miRNA-276b,miRNA-2796,miRNA-275和miRNA-184。荧光定量PCR分析表明,FAS,UAP,ALG5以及Sinuous在飞蝗2龄和3龄不同日龄若虫表皮中具有相似的表达趋势,FAS与以其为靶标的miRNA-276b表达趋势相同,其余3个基因与以其为靶标的miRNAs的表达趋势相反。通过体内免疫共沉淀研究发现,AGO1抗体可显著富集FAS,UAP,ALG5和Sinuous基因以及以其为靶标的miRNAs。体外双荧光素酶实验发现,miRNA-276b,miRNA-2796,miRNA-275和miRNA-184对表皮代谢基因FAS,UAP,ALG5和Sinuous的表达有较明显的抑制作用。【结论】本研究鉴定了靶向调控飞蝗表皮代谢基因FAS,UAP,ALG5和Sinuous的潜在miRNAs,为进一步研究表皮miRNAs对飞蝗蜕皮发育的调控机制及害虫防治新靶标的发现提供了重要科学依据。     

昆虫几丁质酶及其在植物抗虫品种改良中的应用

几丁质是昆虫外壳和围食膜的重要组成成分 ,在适当的时期昆虫分泌适量的几丁质酶降解几丁质以保证昆虫的正常生长。植物几丁质酶能够抵御病原菌的入侵 ,但是对昆虫没有明显的效果 ,而昆虫几丁质酶基因在转基因植物中的组成型表达却对昆虫具有明显的抗性。本文综述了昆虫几丁质酶的特性 ,阐述了昆虫几丁质酶及其在植物抗虫方面应用的研究进展。     

昆虫鞣化激素及其受体研究进展

昆虫通过多种激素调控蜕皮过程,以完成生长发育。鞣化激素与其受体结合,调节昆虫表皮发育及鞣化、翅的伸展和成熟、肌肉收缩、卵子边缘细胞的迁移等,对昆虫的生长发育具有重要作用。鞣化激素由两个亚基(BURS和PBURS)构成,主要在胸腹神经节中合成,两个亚基在结构及其进化上较为保守,氨基酸序列中均含有11个半胱氨酸残基,在某些特定的组织中具有独立的生物学活性。鞣化激素受体为G蛋白偶联受体(G protein coupled receptor,GPCR)亚家族成员,富含亮氨酸重复序列,被命名为d LGR2。LGR2的C端区域(含多个丝氨酸残基)和N端区域(富含亮氨酸重复结构域)对于其行使正常功能具有重要作用。鞣化激素释放至血淋巴中与LGR2结合,激活c AMP/PKA信号,使酪氨酸羟化酶(Tyrosinehydroxylase,TH)磷酸化,磷酸化的TH将酪氨酸(Tyrosine)羟化为多巴(DOPA),进而引起表皮的黑化和硬化过程。另外,昆虫鞣化激素亚基形成的同源二聚体可激活转录因子Relish,调控免疫反应。本文结合近年来该领域研究成果,对鞣化激素及其受体的分子结构特性和时空表达进行分析,同时,对其在翅的延展和成熟、表皮黑化和硬化以及免疫等方面的功能研究进展进行综述,为深入认识昆虫鞣化激素及其受体作用机制提供参考。     

昆虫生长调节剂的毒理机制与抗药性研究进展

昆虫生长调节剂是通过干扰昆虫正常生长发育,致使昆虫个体死亡或活动能力下降,从而导致种群灭绝的一类特异性杀虫剂。本文对3类重要的昆虫生长调节剂（保幼激素类似物、几丁质合成抑制剂和蜕皮激素类似物）的毒理作用机制以及害虫对其抗药性的研究进展进行了综述,叙述了害虫对该类药剂的抗药性发展情况,并对其抗药性机理进行了探讨。目前研究表明,害虫对该类药剂的主要抗性机理是解毒代谢酶增强和表皮穿透率降低。     

昆虫卵黄原蛋白受体( VgＲs) 及其主要功能综述

卵黄原蛋白受体(VgRs)属于低密度脂蛋白受体家族成员,具有该家族典型的保守结构域,包括配体结合域,表皮生长因子前体同源域,跨膜域,O-联糖功能域,以及胞质尾域。昆虫VgRs通常具有卵巢特异性,是卵黄原蛋白Vg的专一性胞吞作用受体,可介导Vg进入昆虫卵母细胞,而后沉淀积累形成昆虫生殖必须的卵黄蛋白YP。VgRs介导的胞吞作用是一个动态循环过程,它是卵黄发生的基础,对昆虫卵母细胞发育起着至关重要的作用。近年来的研究表明,VgRs不仅与卵巢激活、卵黄发生与卵子形成密切相关,而且在昆虫信息交流、社会分化、行为构建以及免疫调控等中也起到了至关重要的作用,已成为潜在的害虫控制新靶标。本文首次对昆虫VgRs基因的序列信息,分子结构,系统进化,表达模式以及调控功能等方面进行了综述,旨在为了解VgRs基因的研究进展及前景提供参考,对进一步改进害虫生态控制的策略和措施也具有指导意义。     

刀孢轮枝菌胞外几丁质酶的基因克隆及系统发育分析

食线虫真菌是植物寄生线虫的重要天敌,它们所产生的胞外水解酶(蛋白酶、几丁质酶和胶原蛋白酶等)能够降解线虫体壁和卵壳中的蛋白质及几丁质等结构成分并在侵染过程中发挥着重要的作用。本文中,我们发现刀孢轮枝菌Lecanicillium psalliotae对南方根结线虫Meloidogyne incognita卵具有较强的侵染能力。为了进一步研究刀孢轮枝菌胞外几丁质酶的性质,我们通过简并引物设计和DNA walking方法从刀孢轮枝菌的基因组中成功地克隆得到一个内切几丁质酶基因Lpchi1,该几丁质酶编码基因含有3个内含子,编码423个氨基酸。同源性和系统发育分析表明,不同生防真菌来源的几丁质酶具有较高的同源性并根据分子量的大小形成三个不同的进化分枝。     

致倦库蚊三个几丁质酶基因CqCht5-1,CqCht5-2和CqCht5-3的分析和表达

昆虫几丁质酶5作为昆虫代谢的关键酶类之一,进化上相对保守,在昆虫的生长发育中起到关键作用.致倦库蚊广布于中国南方大部分地区,是多种病原体的传播媒介.对致倦库蚊几丁质酶5基因(CqCht5)进行深入研究,将有利于新型生物类杀虫剂的开发和研制,进而有利于预防医学工作的进行.本研究通过生物信息学方法分析了致倦库蚊三个基因即CqCht5-1、CqCht5-2和CqCht5-3的基因位置和结构,参考蛋白结构域组成,预测蛋白质二级结构组成及三级结构,并基于氨基酸序列构建系统发育树;利用RT-qPCR手段确定三个基因在致倦库蚊不同发育时期的表达水平,初步探讨了它们的基因特征和在生长发育中的生物学作用,为进一步研究致倦库蚊几丁质酶功能奠定基础.