昆虫化学感受蛋白（CSPs）的功能研究概述

昆虫的嗅觉系统与其各项生命活动息息相关,化学感受蛋白（CSPs）是嗅觉系统中的重要组成部分,可以结合气味或信息素分子,并传递给嗅觉受体,完成嗅觉相关功能。随着分子生物学技术和测序手段的不断发展,越来越多的昆虫CSPs得到鉴定。CSPs在昆虫体内广泛分布于触角、跗节、下颚须等化学感受器官,同时也在表皮、腹部、体躯等非感受器官大量表达,具有感知化学分子的功能并且与昆虫生长、发育、繁殖等生理功能及昆虫对杀虫剂的抗性相关。本文通过从CSPs的发现和命名、分子特性、结构及分布等方面展开综述,着重介绍CSPs的气味分子识别作用机制、抗药性机制及功能分类,以期为今后利用CSPs作为靶标防治害虫提供参考。     

长链非编码RNA(lncRNA)及其在昆虫学研究中的进展

长链非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA）是一类转录本长度超过200 nt的非编码RNA,主要通过转录调控和转录后调控调节基因的表达,也可通过影响蛋白质定位和端粒复制发挥其强大的生物学功能。本文在介绍lncRNA的特征、分类及其主要作用机制的基础上,综述了有关昆虫lncRNA的鉴定及功能研究等方面的最新进展。近5年来已经从黑腹果蝇Drosophila melanogaster、小菜蛾Plutella xylostella和褐飞虱Nilaparvata lugens等8种昆虫中鉴定出了大量lncRNA,为进一步研究lncRNA在昆虫生长发育过程中的功能奠定了重要基础。非编码RNA参与调控害虫抗药性的分子机制已经成为昆虫毒理学研究的一个新兴领域,因此本文对有关lncRNA与害虫抗药性关系的最新研究进展也做了介绍。     

荧光竞争结合技术在昆虫嗅觉相关蛋白结合能力检测上的应用

昆虫嗅觉相关蛋白在其觅食、交配、防御、产卵、信息交流、栖息地选择等行为及生理活动方面起着十分重要的作用。荧光竞争结合试验是目前用于检测昆虫气味结合蛋白(OBPs)和化学感受蛋白(CSPs)与外界环境气味分子结合特性的典型方法。本文对荧光竞争结合试验在昆虫OBPs和CSPs上的相关研究及应用进行综述,为深入了解昆虫嗅觉识别机制、制定害虫防治和经济昆虫保护策略提供理论参考。     

害虫抗药性适合度与内分泌调控研究进展

本文就害虫抗药性适合度与内分泌调控研究进展作了概述。害虫抗药性品系与敏感品系之间在形态、生理反应和生物学特性等方面存在差异 ,通常被认为是抗性基因适应性代价的表现 ,并可能由抗性基因引起的抗性害虫体内生理代谢平衡发生变化产生的。目前就抗性代价的形成机制存在 2种假说 :资源限制假说和干扰代谢平衡假说。害虫抗性和敏感品系的生物适合度差异与其体内激素水平及调控能力变化有关。激素对抗药性相关酶系表达调控的可能机制可分为三类 ,即直接调控、间接调控和共同调控     

CPR和P450基因在昆虫抗药性中的作用研究进展

P450酶系在昆虫代谢农药中有重要作用，NADPH-细胞色素P450还原酶（NADPH-cytochrome P450 reductase，CPR）和细胞色素P450（P450）在该酶系起核心作用。昆虫具有P450超基因家族，但只有一个单一的CPR基因，CPR是昆虫所有参与农药代谢的P450酶的唯一电子供体，其影响P450活性。P450基因的高水平表达在害虫抗药性中具有重要作用，P450基因介导的昆虫抗药性是最重要的代谢抗性类型。不同P450基因的高表达的调控机制不同，引起P450基因过量表达的原因可能有P450基因的编码区突变、顺式作用元件和反式作用因子变化、基因扩增等。细胞色素P450介导的抗药性存在一定程度的进化可塑性，即同种昆虫不同种群对相同的农药产生抗药性时，导致抗性产生的P450基因不同；同一昆虫品系在某种农药的抗性选择压力下，影响抗性的P450基因的种类和表达特性会随着持续的农药选择而发生变化。最近的研究显示，CPR的变异和昆虫抗药性相关，但是昆虫CPR基因介导抗药性的机制还缺乏深入研究。全面阐释P450酶系介导昆虫抗药性的机制、建立基于P450基因表达量变化与CPR突变的抗性分子标记，对于害虫抗药性治理具有重要意义。     

昆虫化学感受蛋白

化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSPs)是广泛存在于各种昆虫的疏水性蛋白,被认为在昆虫嗅觉行为中执行了运载非挥发性气味分子到达相应受体的功能。文章从序列特征、二级和三维结构、结合配体、表达特征、生理功能和进化地位等方面进行较详细的介绍,并从理论和实践角度探讨CSPs的研究前景和重点。     

昆虫抗药性相关细胞色素P450基因的表达调控机制

杀虫剂的频繁持续使用,必然导致昆虫产生抗药性。大量研究事例表明参与杀虫剂解毒的细胞色素P450(简称P450)过量表达是昆虫对不同类型杀虫剂产生抗性的重要原因,但目前人们对P450基因过量表达机制的认识还非常有限。近十年来,随着生命科学与相关研究技术的发展,有关昆虫P450基因表达调控机制的研究取得了实质性的进展。本文综述了这一研究领域的重要发现。除了基因重复或基因扩增导致的P450基因拷贝数增加外,P450基因在转录层面的上调表达是P450介导抗药性的普遍且重要的机制。P450基因的转录上调由顺式调控元件与反式作用因子相互作用得以实现。现已发现了几种不同类型的转录因子(CncC, CREB和核受体等)对昆虫P450表达的直接调控,也鉴定了间接调控P450表达的作用因子如G蛋白偶联受体及其下游效应子。ncC:Maf/Keap1是抗药性相关P450基因表达的重要而普遍的调控途径。越来越多的事例表明小RNA在昆虫P450的表达调控中起重要作用。现有的研究结果揭示了昆虫P450基因调控因子和信号转导通路的多样性及调控机制的复杂性。     

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。     

天敌昆虫抗药性研究进展

天敌昆虫抗药性研究在协调害虫化学防治和生物防治中有着重要的理论和现实意义,其研究的最终目的在于更好地推进抗性天敌在害虫综合治理(IPM)中的应用。抗药性天敌昆虫具有潜在的巨大价值。鉴于此,本文系统地综述了天敌昆虫抗药性最新研究进展,包括杀虫剂对天敌昆虫的影响、天敌昆虫抗药性现状、抗药性机理和限制天敌昆虫抗药性发展因素等。文章最后还对抗药性天敌昆虫的应用前景进行了展望。     

昆虫抗药性机制及抗性治理研究进展

化学杀虫剂的广泛使用,使昆虫产生抗药性的现象日渐突出。抗药性是一种潜在的、强大的、普遍的自然现象。研究昆虫的抗药性对于农林害虫防控、新型杀虫剂研发、生态环境的多样性等具有重要的意义。近年来随着昆虫基因组学的发展,昆虫抗药性研究取得突破性进展,本文介绍了基因组学在昆虫抗药性研究中的应用,着重概述了昆虫抗药性形成的分子机制以及其治理策略,并对今后如何延缓抗性的发展进行了探讨和展望。     

昆虫化学感受蛋白研究进展

昆虫化学感受蛋白(chemosensory proteins)是在长期进化过程中形成的一类低分子量酸性可溶性蛋白,广泛分布于昆虫触角、跗节等各种化学感受器中,蛋白质序列具有较高的保守性,种内种间同源性一般为30%～90％。其主要功能是感受、识别、转运、传导环境化学因子刺激信息,参与调节生理节律和生长发育。该文从昆虫化学感受蛋白的生态进化意义、分布表达部位、生化特性、分子结构、生理功能和研究方法等角度,较详细地综述了近年来国内外昆虫化学感受蛋白的研究进展,指出昆虫化学感受蛋白的深入研究,对于阐明昆虫与环境化学信息联系规律、昆虫行为反应本质原因,探索害虫综合治理和益虫利用效率新途径,开辟创制昆虫行为控制剂新领域等具有重要的理论和实践意义。     

Characterization of a chemosensory protein (ASP3c) from honeybee (Apis mellifera L.) as a brood pheromone carrier.

Chemosensory proteins (CSPs) are ubiquitous soluble small proteins isolated from sensory organs of a wide range of insect species, which are believed to be involved in chemical communication. We report the cloning of a honeybee CSP gene called ASP3c, as well as the structural and functional characterization of the encoded protein. The protein was heterologously secreted by the yeast Pichia pastoris using the native signal peptide. ASP3c disulfide bonds were assigned after trypsinolysis followed by chromatography and mass spectrometry combined with microsequencing. The pairing (Cys(I)-Cys(II), Cys(III)-Cys(IV)) was found to be identical to that of Schistocerca gregaria CSPs, suggesting that this pattern occurs commonly throughout the insect CSPs. CD measurements revealed that ASP3c mainly consists of alpha-helices, like other insect CSPs. Gel filtration analysis showed that ASP3c is monomeric at neutral pH. Using ASA, a fluorescent fatty acid anthroyloxy analogue as a probe, ASP3c was shown to bind specifically to large fatty acids and ester derivatives, which are brood pheromone components, in the micromolar range. It was unable to bind tested general odorants and other tested pheromones (sexual and nonsexual). This is the first report on a natural pheromonal ligand bound by a recombinant CSP with a measured affinity constant.     

X-ray structure and ligand binding study of a moth chemosensory protein

Chemosensory proteins (CSPs) are believed to be involved in chemical communication and perception. Such proteins, of M(r) 13,000, have been isolated from several sensory organs of a wide range of insect species. Several CSPs have been identified in the antennae and proboscis of the moth Mamestra brassicae. One of them, CSPMbraA6, a 112-amino acid antennal protein, has been expressed in large quantities and is soluble in the Escherichia coli periplasm. X-ray structure determination has been performed in parallel with ligand binding assays using tryptophan fluorescence quenching. The protein has overall dimensions of 25 x 30 x 32 A and exhibits a novel type of alpha-helical fold with six helices connected by alpha-alpha loops. A narrow channel extends within the protein hydrophobic core. Fluorescence quenching with brominated alkyl alcohols or fatty acids and modeling studies indicates that CSPMbraA6 is able to bind such compounds with C12-18 alkyl chains. These ubiquitous proteins might have the role of extracting hydrophobic linear compounds (pheromones, odors, or fatty acids) dispersed in the phospholipid membrane and transporting them to their receptor.     

家蚕化学感受蛋白BmCSP4表达谱及结合特性分析

化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)是昆虫体内存在的一类主要识别和运载非挥发性的气味分子和化学刺激物的可溶性蛋白。本研究运用半定量RT-PCR方法分析了BmCSP4的时空及组织表达谱。结果表明： BmCSP4在家蚕Bombyx mori各发育阶段均表达, 但表达量从4龄到蛹期逐渐减少, 且在雌成虫头部、 胸部和腹部表达量较少。用1-NPN作为荧光探针, 测定了15种外源配基与BmCSP4蛋白的结合特性, 结果显示： 仅芳香醛类和芳香酮类化合物在浓度10 μmol/L能将1-NPN从BmCSP4中替换50%, 苯甲醛解离常数为3.20 μmol/L, 对甲氧基苯甲醛解离常数为2.24 μmol/L, 2-戊基-3-苯丙基-烯醛解离常数为2.88 μmol/L, 1-苯基-1-丁酮解离常数为2.04 μmol/L, 苯乙酮解离常数为2.52 μmol/L。据此推测, BmCSP4在不同的发育阶段执行不同的生理功能, 并可能参与对芳香醛、 芳香酮类气味识别过程。     

Chemosensory proteins in the honey bee: Insights from the annotated genome, comparative analyses and expressional profiling

Small chemosensory proteins (CSPs) belong to a conserved, but poorly understood protein family that has been implicated in transporting chemical stimuli within insect sensilla. However, their expression patterns suggest that these molecules are also critical for other functions including early development. Here we used both bioinformatics and experimental approaches to characterize the CSP gene family in a social insect, the Western honey bee Apis mellifera, and then compared its members to CSPs in other arthropods. The number of CSPs in the honey bee genome (six) is similar to that found in the sequenced dipteran species (four-seven), but is much lower than the number of CSPs in the moth or in the beetle (around 20 each). These differences seem to be the result of lineage specific expansions. Our analysis of CSPs in a number of arthropods reveals a conserved gene family found in both Mandibulates and Chelicerates. Expressional profiling in diverse tissues and throughout development reveals broader than expected patterns of expression with none of the CSPs restricted to the antennae and one found only in the queen ovaries and in embryos. We conclude that CSPs are multifunctional context-dependent proteins involved in diverse cellular processes ranging from embryonic development to chemosensory signal transduction. Some CSPs may function in cuticle synthesis, consistent with their evolutionary origins in the arthropods.