基于转录组的葡萄花翅小卷蛾三类解毒酶基因家族分析

【目的】葡萄花翅小卷蛾是我国重要的检疫性害虫,一旦入侵我国,将会对我国葡萄产业和林果业生产造成严重损失,国外主要使用化学农药防治该虫。开展葡萄花翅小卷蛾转录组测序及体内细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)三大解毒系的表达谱分析,可为葡萄花翅小卷蛾抗药性监测与抗药性治理研究提供依据。【方法】本研究利用BGISEQ-500平台对葡萄花翅小卷蛾进行转录组测序,通过从头组装获得unigene。【结果】经数据组装并去冗余后共获得44360条unigene;通过与多个公共数据库进行同源比对,共注释了28065条unigene,通过Nr数据库注释的unigene数量最多(26388条,59.49%),显示与棉铃虫的unigene同源性最高(24.11%)。基于基因序列分析表明,葡萄花翅小卷蛾有91条P450基因、31条CarE基因和22条GST基因。系统发育分析发现,葡萄花翅小卷蛾的P450基因主要集中在clade 3和clade 42个分支,与鳞翅目近源种的CYP基因聚集在一起;CarE主要包括外源化合物解毒相关的酯酶及脂质转运和代谢酯酶;GST基因聚类主要包含Delta、Omega、Epsilon、Theta和Microsomal等亚家族。【结论】本研究获得葡萄花翅小卷蛾转录组信息,鉴定了与葡萄花翅小卷蛾代谢抗性相关的基因,可为葡萄花翅小卷蛾杀虫剂和寄主植物的适应性机制研究提供数据和参考。     

草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族的进化分析

近年来草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda在世界各地猖獗为害,其寄主范围广,且已对多种化学药剂和转Bt玉米产生抗性。本文对包括草地贪夜蛾在内的14种昆虫进行了解毒代谢相关基因家族的注释,在草地贪夜蛾中发现了152个细胞色素P450(cytochrome p450,P450)、92个ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)、44个谷胱甘肽转移酶(glutathione s-transferase,GST)以及39个尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl-transferase,UGT)。与其他鳞翅目物种相比,草地贪夜蛾的P450和GST基因数量最多,其中152个P450基因可被归类至Mito、CYP2、CYP3和CYP4四个簇中;Mito和CYP2簇的P450基因总数与家蚕Bombyx mori相近,但CYP3和CYP4簇的P450基因明显多于家蚕,进化分析结果显示CYP3和CYP4簇的P450基因发生了明显的扩增;与家蚕P450基因的共线性分析发现草地贪夜蛾89个P450基因在其基因组上呈簇分布并发生了簇的扩增;与家蚕相比,GST和ABC转运蛋白家族基因的数量明显增多。UGT基因家族没有明显增加,但在基因进化分析中有成簇现象,表明可能存在近期的扩增事件。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族,对理解草地贪夜蛾的生物学特性及抗性的形成具有重要指导意义。     

亚致死浓度溴虫腈和毒死蜱对等钳蠊螨生长繁殖和解毒酶的影响

【目的】害虫综合治理中,化学防治对天敌资源也具有一定的杀伤力。为缓解这一矛盾,本研究旨在探究溴虫腈和毒死蜱亚致死浓度处理对等钳蠊螨Blattisocius dentriticus生长繁殖及解毒酶活性和基因表达量的影响。【方法】利用药膜法处理2-3日龄等钳蠊螨成螨24 h,测定溴虫腈和毒死蜱的亚致死剂量;测定和比较LC_(10)和LC_(30)剂量这两种药剂处理后F_0和F_1代的产卵量、产卵期、卵孵化率和雌成螨寿命等生物学特性的变化;通过酶活力分析和RT-PCR分别测定LC_(10), LC_(30)和LC_(50)剂量下这两种药剂处理后钳蠊螨成螨体内谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)、细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)酶活力及其基因表达量变化。【结果】溴虫腈和毒死蜱处理24 h对等钳蠊螨成螨的LC_(50)分别为42.56 mg/L和72.42 mg/L。溴虫腈和毒死蜱LC_(10)和LC_(30)剂量处理等钳蠊螨雌成螨后,与对照(清水处理)相比,仅F_0代雌成螨寿命和产卵期显著缩短(P0.05),而产卵量和卵孵化率无明变化。酶活力测定结果发现,GST, CYP450和CarE的活力在溴虫腈和毒死蜱LC_(10)和LC_(30)剂量处理后无明显变化,而LC_(50)剂量下,上述3种酶的活力均显著增加(P0.05)。基因表达结果表明,溴虫腈LC_(10), LC_(30)和LC_(50)剂量处理下2个GST基因(BdGST3和BdGST6)、3个CYP450基因(BdCYP2-4)和5个CarE基因(BdCarE1-5)表达均显著上调;在毒死蜱这3个剂量处理下3个GST基因(BdGST1,BdGST3和BdGST4)、3个CYP450基因(BdCYP2,BdCYP5和BdCYP6)和2个CarE基因(BdCarE1和BdCarE2)表达量均显著上调。【结论】结果表明,LC_(10)和LC_(30)剂量的溴虫腈和毒死蜱亚致死剂量会抑制F_0代雌成螨的生长繁殖;LC_(10), LC_(30)和LC_(50)剂量下这两种药剂可诱导等钳蠊螨GST, CarE和CYP450基因表达;LC_(50)剂量能明显诱导等钳蠊螨体内GST, CarE和CYP450活性上升。该研究为等钳蠊螨抗性品系的筛选及田间应用提供了理论依据。     

梨小食心虫幼虫中肠中高表达消化酶和解毒酶基因的筛选

【目的】挖掘梨小食心虫Grapholita molesta幼虫中肠中高表达消化酶和解毒酶基因,为今后研究以肠道为靶标的新型农药和转基因作物提供理论依据。【方法】基于梨小食心虫4龄幼虫中肠转录组高通量测序数据的FPKM值,筛选高表达基因,进行GO功能注释和KEGG通路富集分析,并使用BLAST软件进行比对筛选高表达的消化酶和解毒酶基因,利用MEGA对这些高表达的消化酶和解毒酶及其他鳞翅目昆虫的同源蛋白进行系统发育分析。利用qRT-PCR技术对梨小食心虫幼虫不同龄期中肠中的高表达代表性消化酶和解毒酶基因表达量进行定量分析和验证。【结果】在GO数据库中注释了103 677个在梨小食心虫4龄幼虫中肠中高表达基因,包括细胞组分、分子功能和生物学进程三大类功能共41个分支。KEGG通路分析表明,10 846个高表达基因参与了5类生化代谢通路。筛选到具有完整开放阅读框的消化酶基因17个［5个胰蛋白酶(trypsin, TRY)基因、3个氨肽酶(aminopeptidase, APN)基因和9个羧肽酶(carboxypeptidase, CP)基因］和解毒酶基因32个［11个谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)基因、13个细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)基因和8个羧酸脂酶(carboxylesterase, CarE)基因］。系统发育分析结果表明,梨小食心虫的消化酶同源聚类分支较为分散,GSTs和CYP450s分支聚类较为集中,但都至少与1个鳞翅目昆虫同源蛋白聚在一支。qRT-PCR验证结果表明,消化酶和解毒酶基因在不同龄期梨小食心虫幼虫中肠中的表达量差异显著,表达量均在4龄幼虫期最高。【结论】本研究成功筛选和验证部分梨小食心虫幼虫中肠中高表达的消化酶和解毒酶基因,明确其与鳞翅目其他昆虫同源蛋白的进化关系。研究结果为鳞翅目其他近缘昆虫的转录组分析和以肠道为靶标的害虫防治提供了参考。     

基于转录组的苹小卷叶蛾杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因分析

【目的】建立苹小卷叶蛾Adoxophyes orana转录组数据库,挖掘杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因。【方法】采用Illumina HiSeq~(TM) 2000高通量测序技术对苹小卷叶蛾进行转录组测序,挖掘并分析杀虫剂靶标基因;利用qPCR检测6个杀虫剂靶标基因在苹小卷叶蛾卵、幼虫、蛹和成虫各不同发育阶段的表达;挖掘并分析苹小卷叶蛾转录组中解毒代谢相关基因的代谢通路及进化关系。【结果】通过组装有效序列共获得48 610条unigene(GenBank登录号:GGMW00000000)。挖掘鉴定到155个杀虫剂靶标unigene;qPCR结果显示,1个蜕皮激素受体(ecdysone receptor, ECR)、2个乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)、1个氯离子通道蛋白(chloride channel, CLC)、1个几丁质酶(chitinase, CS)和1个鱼尼丁受体(ryanodine receptor, RyR)基因在苹小卷叶蛾不同发育阶段均存在表达差异。挖掘鉴定到69个羧酸酯酶(carboxylesterase, CarE)unigene、66个谷胱甘肽S-转移酶(glutathion S-transferase, GST)unigene和205个细胞色素P450(cytochrome P450)unigene等解毒代谢相关基因,共鉴定20个CarE unigene, 32个GST unigene和30个P450 unigene与有毒物质代谢相关的通路有关。基于氨基酸序列对具有完整ORF的unigene聚类分析结果显示:12个CarEs中9个为G类,即鳞翅目保幼激素类;分别有10个AoGSTs属于Delta和Epsilon亚家族;18个P450全部聚到CYP3集团。【结论】该研究有助于苹小卷叶蛾杀虫剂靶标基因的挖掘及抗药性的研究。     

昆虫细胞色素P450基因的多样性、进化及表达调控

细胞色素P450单加氧酶（cytochrome P450 monooxygenases, P450s）是由多个功能相关的亚铁血红素 硫醇盐蛋白基因组成的一个基因超家族, 在各种内源和外源物质的代谢中起着主要作用。目前GenBank中注册的昆虫P450基因序列已超过1 000个, 其中双翅目占序列总数的74%, 鳞翅目占序列总数的16%。而昆虫P450基因序列已克隆的全长序列中大部分属于CYP4和CYP6家族, 两个家族成员分别占总数的20%和45%。利用GenBank中现已注册的昆虫P450基因的cDNA全长序列进行比对并绘制进化树, 揭示不同种类昆虫P450的亲缘关系。结果显示基于P450基因的昆虫部分目的进化关系与大部分先前依据其他分子数据或形态分类学得到的昆虫系统进化关系基本吻合。现有研究表明, 细胞色素P450基因的表达可能受顺式作用元件(cis-acting element)、反式作用因子(trans-acting factor)或两者共同调控, 调控可能涉及转录增强的转录机制或mRNA稳定性增加的转录后机制。     

灰飞虱对噻嗪酮的抗性风险及机理

为研究灰飞虱对噻嗪酮的抗性发展规律及抗性生化机理,采用稻苗喷雾法对灰飞虱种群进行连续筛选获得高抗性品系,估算其现实遗传力并进行田间抗性风险预测;采用稻苗浸渍法测定杀虫剂对灰飞虱的毒力及交互抗性;利用生物化学方法测定不同品系之间的解毒酶活力,探讨灰飞虱对噻嗪酮的抗性生化机理.结果表明:用噻嗪酮对灰飞虱种群连续筛选32代,其抗性倍数达到168.49倍,现实遗传力h~2为0.11.当杀死率为80%~90%时,预计灰飞虱对噻嗪酮的抗性增长10倍,仅需要5~6代.田间实际的现实遗传力要比室内选择种群估计低一些,预计田间抗性提高10倍所需要时间会更长.交互抗性测定结果表明,灰飞虱抗噻嗪酮品系与吡虫啉和噻虫嗪之间有高水平交互抗性,与啶虫脒有低水平交互抗性,与吡蚜酮和毒死蜱无交互抗性.增效作用和解毒酶活力测定结果显示,抗性品系细胞色素P450单加氧酶活力提高最大,酯酶次之,谷胱甘肽-S-转移酶无显著变化.田间使用噻嗪酮防治灰飞虱存在较大抗性风险,可与吡蚜酮和毒死蜱等交替使用以延缓抗性发展;3种解毒酶中,细胞色素P450单加氧酶在灰飞虱对噻嗪酮的抗性发展中起到了重要作用.     

中国兽类啮虱名录（虱目：细角亚目：啮毛虱科）

中国兽类啮虱名录（虱目：细角亚目：啮毛虱科）金大雄贵阳医学院５５０００４虱是寄生鸟兽体表的无翅昆虫。一般按它们的口器分为具咀嚼式口器的啮虱（ｂｉｔｉｎｇｌｉｃｅ）,统称食毛目（Ｍａｌｌｏｐｈａｇａ）和具刺吸式口器的吸虱目ｓｕｃｋｉｎｇｌｉｃｅ,Ａｎｏ...     

Exposure to herbicides reduces larval sensitivity to insecticides in Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae)

Herbicides and insecticides are widely used in modern agriculture. It has been reported in various studies that application of insecticides can increase tolerance of herbivorous insects to insecticides. However, limited information exists on susceptibility to insecticides when insects are exposed to herbicides. This study was conducted to investigate the potential impact of the herbicides trifluralin and 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid sodium salt (MCPA-Na) on the susceptibility of the nocturnal moth Spodoptera litura to the insecticides X-cyhalothrin, phoxim and bifenthrin. We found that larvae exposed to trifluralin or MCPA-Na became significantly less susceptible to both insecticides than nonexposed control larvae. Herbicide-treated larvae did not show altered growth under the used test conditions. However, heads of herbicide-treated larvae showed increased expression of the acetylcholinesterase genes SI Ace I and SI Ace 2. Moreover, the fat body and midgut of herbicide-treated larvae displayed elevated expression of detoxification genes (the carboxylesterase gene SI CarE;the glutathione S-transferase genes SlGSTe2 and SlGSTe3\ the cytochrome P450 monooxygenase genes CYP6B48, CYP9A40 and CYP321B1). The CYP6B48 gene exhibited highest inducibility. In conclusion, the data of this study suggest that exposure of S. litura larvae to herbicides may stimulate detoxification mechanisms that compromise the efficacy of insecticides.     

噻虫嗪对意大利蜜蜂6种CYP6AS基因表达的影响

细胞色素P450单氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)是昆虫体内重要的解毒酶。CYP6AS亚家族基因特异性的存在于膜翅目昆虫中,一些特异性的CYP6AS基因已经被证实参与到蜜蜂对某些外源物质和杀虫剂的解毒和代谢过程中。本研究主要探测了亚致死浓度噻虫嗪对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica CYP单氧酶活性及CYP6AS亚家族基因表达水平的影响。首先测定了噻虫嗪LC_(10)和LC_5经口处理4日龄意大利蜜蜂后48 h CYP酶活性,然后应用荧光定量PCR技术检测了6种CYP6AS基因(CYP6AS3,CYP6AS4,CYP6AS5,CYP6AS10,CYP6AS14和CYP6AS15)表达变化情况。结果表明,噻虫嗪LC_(10)和LC_5处理后,意大利蜜蜂CYP酶活性均极显著增加(P0.01)。噻虫嗪LC_(10)和LC_5处理对意大利蜜蜂CYP6AS4,CYP6AS10和CYP6AS15基因表达没有显著影响;LC_(10)和LC_5处理后CYP6AS3基因表达量显著增加(P0.05); LC_(10)处理能够显著诱导CYP6AS5基因上调表达(P0.05);而LC_(10)和LC_5处理极显著抑制CYP6AS14基因的表达(P0.01)。这为进一步探究蜜蜂对噻虫嗪的解毒机制提供了新的线索。     

豌豆蚜唾液蛋白家族的克隆及在不同发育阶段的表达

豌豆蚜Acyrthosiphon pisum是一种重要的刺吸式害虫, 其分泌的唾液对取食寄主植物和传播植物病毒有重要的作用。为了探讨蚜虫唾液蛋白的功能, 本研究克隆了在豌豆蚜唾液腺高表达的一个未知功能的蛋白家族, 该家族包括13个基因, 编码14种蛋白, 其中4个基因在唾液腺高表达。这个家族是蚜虫特有的蛋白家族, 富含半胱氨酸, 有14个半胱氨酸高度保守, 其中6个半胱氨酸形成3个保守的CXXC结构域。通过与基因组比对, 发现这个家族的基因没有内含子, 分布在基因组的9个scaffold上。用半定量逆转录PCR检测了每个成员在豌豆蚜不同发育阶段的表达, 结果显示这个家族没有发育阶段特异性。推测这个家族的表达可能具有组织特异性, 有氧化还原酶或DNA甲基化酶的功能。     

Rhodnius prolixus supergene families of enzymes potentially associated with insecticide resistance

Chagas disease or American trypanosomiasis, is a potentially life-threatening illness caused by the protozoan parasite, Trypanosoma cruzi. Once known as an endemic health problem of poor rural populations in Latin American countries, it has now spread worldwide. The parasite is transmitted by triatomine bugs, of which Rhodnius prolixus (Hemiptera, Reduviidae, Triatominae) is one of the vectors and a model organism. This species occurs mainly in Central and South American countries where the disease is endemic. Disease prevention focuses on vector control programs that, in general, rely intensely on insecticide use. However, the massive use of chemical insecticides can lead to resistance. One of the major mechanisms is known as metabolic resistance that is associated with an increase in the expression or activity of detoxification genes. Three of the enzyme families that are involved in this process – carboxylesterases (CCE), glutathione s-transferases (GST) and cytochrome P450s (CYP) – are analyzed in the R. prolixus genome. A similar set of detoxification genes to those of the Hemipteran Acyrthosiphon pisum but smaller than in most dipteran species was found in R. prolixus genome. All major CCE classes (43 genes found) are present but the pheromone/hormone processing class had fewer genes than usual. One main expansion was detected on the detoxification/dietary class. The phosphotriesterase family, recently associated with insecticide resistance, was also represented with one gene. One microsomal GST gene was found and the cytosolic GST gene count (14 genes) is extremely low when compared to the other hemipteran species with sequenced genomes. However, this is similar to Apis mellifera, a species known for its deficit in detoxification genes. In R. prolixus 88 CYP genes were found, with representatives in the four clans (CYP2, CYP3, CYP4 and mitochondrial) usually found in insects. R. prolixus seems to have smaller species-specific expansions of CYP genes than mosquitoes and beetles, among others. The number of R. prolixus CYP genes is similar to the hemipteran Ac. pisum, although with a bigger expansion in CYP3 and CYP4 clans, along with several gene fragments, mostly in CYP4 clan. Eleven founding members of new families were detected, consisting of ten genes in the CYP3 clan and 1 gene in the CYP4 clan. Members of these clans were proposed to have important detoxification roles in insects. The identification of CCE, GST and CYP genes is of utmost importance for directing detoxification studies on triatomines that can help insecticide management strategies in control programs.     

唾液成分在刺吸式昆虫与植物关系中的作用

近年来,人们对刺吸式昆虫唾液成分的研究,揭示出其在刺吸式昆虫与植物关系中的重要作用。对多数刺吸式昆虫而言,他们取食时会分泌胶状和水状两种唾液,其中胶状唾液会在取食早期分泌形成唾液鞘来围绕并保护口针,通过直接和间接的作用来帮助取食;而水状唾液中则包含了果胶酶、纤维素酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、碱性磷酸酯酶、蔗糖酶等组分,来帮助刺吸式昆虫对植物穿刺、消化食物、解毒次生物质并破坏植物的防御反应。有趣的是,唾液成分同时还可以诱导植物的防御反应,包括诱导植物的伤信号引起直接防御反应和诱导植物产生挥发物吸引植食者的天敌引起间接防御反应。并且,许多刺吸式昆虫取 食能够特异性地引发植物的病理反应,有研究推测刺吸式昆虫唾液中多聚半乳糖醛酸酶、碱性磷酸酯酶、蔗糖酶、多酚氧化酶等成分可能是某些植物特定病理反应的激发子,但是目前还没有定论,同时许多刺吸式昆虫唾液中的氨基酸和蛋白酶还是引起植物虫瘿的原因之一。 迄今的研究表明,刺吸式昆虫会根据不同的寄主植物和不同的生理需要,通过唾液组分的改变,来达到取食和发育的目的。对刺吸式昆虫唾液成分和作用机理的研究,可以为揭示刺吸式昆虫致害机理特别是传毒机理、指导害虫有效治理、阐明其与植物的协同进化等提供一定的思路。     

食料对南亚果实蝇解毒酶活力的影响

昆虫解毒酶是一类异质酶系, 对分解大量的内源或外源有毒物质、维持正常生理代谢起着重要作用。本文采用生物化学的方法测定了5种寄主果实对南亚果实蝇Bactrocera tau Walker 3个虫态体内总蛋白含量和5种解毒酶的活力。双因子方差分析显示, 南亚果实蝇种群取食黄瓜Cucumis sativus L.、南瓜Cucurbita moschala L.、丝瓜Luffa cylindrical L.、冬瓜Benincasa hispida (Thunb.) Coqn.和苦瓜Momordica charantia L.后, 体内蛋白含量和解毒酶活性均存在显著差异。以丝瓜为食料时, 南亚果实蝇体内蛋白含量较高; 而以黄瓜和冬瓜为食料时蛋白含量则相对较低。在以上5种寄主果实间, 南亚果实蝇的羧酸酯酶（CarE）活性在黄瓜和南瓜上较高, 细胞色素P450 O-脱甲基和谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性在苦瓜上较高, 酸性磷酸酯酶（ACP）和碱性磷酸酯酶（ALP）活性却分别在黄瓜和南瓜上较低。在幼虫、蛹和成虫3个虫态间, 解毒酶活性亦存在显著差异, 成虫具有较高的CarE活性;幼虫具有较高的细胞色素P450 O-脱甲基, GST和ALP活性,但具有较低的ACP活性;除ACP外,蛹期解毒酶活性均较低。据以上结果可以推测,南亚果实蝇解毒酶活力受寄主果实种类以及该种群本身发育阶段的影响。