松墨天牛小热激蛋白基因的克隆、表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方松林中的重要蛀干害虫,也是林业检疫性病害——松材线虫病的主要媒介昆虫,其分布范围较广,对温度的适应性强,本研究旨在初步探讨松墨天牛对温度胁迫适应性的分子机制。【方法】采用RT-PCR与RACE技术克隆松墨天牛小热激蛋白(small heat shock protein,sHSP)基因的全长cDNA,结合生物信息学方法分析小热激蛋白的结构特征;利用qPCR技术测定该基因在松墨天牛不同发育阶段、4龄幼虫不同组织及不同低温和高温胁迫下4龄幼虫中的表达谱,并用geNorm,NormFinder和BestKeeper软件对不同温度下内参基因稳定性进行评价。【结果】获得松墨天牛sHSP基因的cDNA全长序列,命名为MaltHSP21.20(GenBank登录号:MH091811),全长为871 bp,编码187个氨基酸,信号肽预测表明其N末端含有18个氨基酸的信号肽,成熟蛋白预测分子质量为21.20 kD,等电点为8.65。结构域预测符合小热激蛋白家族的特征,共含有10个β折叠片,在α结构域内含有7个β折叠片。进化树分析表明该蛋白氨基酸序列与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的sHSP有较高的同源性。不同软件分析得到最稳定的内参基因存在差异,结合3种方法评价得出RPL10最为稳定。MaltHSP21.20在不同发育阶段的松墨天牛体内均有表达,滞育幼虫中表达量最高,卵期及蛹期表达量次之;在4龄幼虫不同组织中均有分布,脂肪体中表达量最高;4龄幼虫MaltHSP21.20对低温诱导无响应,其表达量在35℃时显著上调,45℃处理2和3 h最高,50℃时下降。【结论】RPL10是不同温度胁迫下较稳定的内参基因。相比其他热激蛋白基因,MaltHSP21.20对低温敏感性较低,推测其在幼虫滞育越冬及抵抗高温中发挥重要作用。     

低温驯化后水椰八角铁甲生理活性物质含量的变化

【目的】分析低温驯化后水椰八角铁甲Octodonta nipae体内各种生理活性物质含量的变化,为揭示水椰八角铁甲耐寒机制提供理论基础。【方法】以25℃处理为对照,将水椰八角铁甲各虫态于12.5, 15, 17.5和20℃驯化处理10 d后,比较其体内的游离水、蛋白质、氨基酸、粗脂肪、甘油和可溶性糖原等生理活性物质含量的变化。【结果】低温驯化显著影响铁甲体内上述物质的含量水平。低温驯化能提高该铁甲体内甘油和游离氨基酸的含量,降低游离水、蛋白质、粗脂肪、可溶性糖原的含量。与对照相比,12.5℃驯化对该铁甲各虫态体内游离水含量存在显著影响(P<0.01);经12.5, 15, 17.5和20.0℃驯化后,该铁甲各虫态体内蛋白质、粗脂肪含量与对照相比均存在显著差异(P<0.01);经125,150和175℃驯化后,该铁甲各虫态体内游离氨基酸含量与对照存在显著差异(P<0.01);经12.5,15.0,17.5和20℃驯化后,该铁甲各虫态（2龄幼虫除外）体内甘油含量与对照相比存在显著差异(P<0.01);12.5, 15.0, 17.5和20℃驯化对除2龄幼虫、蛹和成虫外的铁甲其他各虫态体内可溶性糖原含量存在显著影响。经15.0℃驯化处理后铁甲各虫态体内平均甘油含量最高,比对照25℃的平均甘油含量高出约9.4倍,而经12.5℃驯化处理的虫体内的平均甘油含量仅增加3.5倍。【结论】低温驯化对水椰八角铁甲体内相关生理活性物质含量的影响效能是有限的;水椰八角铁甲可以根据不良的环境条件调节最佳的生理状况,以适应未来的环境和达到最强的适应性。     

松墨天牛成虫雌雄体型差异及蛹和成虫大小与越冬幼虫体重的关系

【目的】本研究旨在明确松墨天牛 Monochamus alteratus 成虫及越冬幼虫体型大小的差异,探讨该虫越冬后成虫体型大小和越冬幼虫体重大小关系及原因。【方法】于2014年5月1日至10月31日在浙江富阳野外诱捕松墨天牛,通过测量野外诱捕到的松墨天牛成虫体长、体宽,确定林间松墨天牛成虫体型的差异;松墨天牛越冬幼虫的采集和称重测量明确越冬幼虫的组成和体重大小差异;进而通过对越冬幼虫单头跟踪饲养至化蛹、羽化,确定越冬幼虫体重大小与发育所得蛹和成虫大小的关系,阐明林间松墨天牛成虫体型差异的原因。【结果】浙江富阳野外诱捕发现,松墨天牛的活动期间很长,从5月中旬到10月初一直能诱捕到松墨天牛成虫,高峰期在6和7月份。松墨天牛雌雄成虫体型差异很大,雌虫平均体长和体宽分别为20.59±0.19和6.59±0.06 mm;雄虫平均体长和体宽分别为19.90±0.26 和6.44±0.08 mm; 雌虫的平均体长明显高于雄虫,但二者体宽没有显著差异;并且雌雄成虫体长和体宽呈显著正相关。越冬幼虫的头宽测定表明头宽的变化很大,最小为2.20 mm,最大为4.24 mm,经比对越冬幼虫由4龄和5龄幼虫组成;幼虫体重差异大,平均体重为304.2 mg, 介于71.6~858.0 mg之间,其中5龄越冬幼虫显著重于4龄越冬幼虫。进一步将越冬幼虫单管饲养跟踪研究发现,越冬幼虫体重大小决定蛹和羽化后的成虫的大小,二者存在显著的正相关,并且由4龄越冬幼虫发育所得的蛹和成虫显著轻于由5龄幼虫发育所得的蛹和成虫。【结论】松墨天牛成虫体型差异很大,这与越冬幼虫体重差异相关;越冬幼虫的体重大小决定了其化蛹后的蛹重和羽化后成虫的体型和体重的大小;造成越冬幼虫体重差异的可能原因包括松墨天牛成虫扬飞周期长导致的产卵期长而使得天牛发育进度不一致以及寄主不同部位营养的差异。     

室内条件下莱氏猛叩甲对松墨天牛和黄粉虫的捕食能力

【目的】本研究旨在明确莱氏猛叩甲Tetrigus lewisi老熟幼虫分别对黄粉虫Tenebrio molitor和松墨天牛Monochamus alternatus末龄幼虫和蛹的捕食量的差异,评估莱氏猛叩甲的捕食能力,为松墨天牛M.alteratus的有效治理找到潜在的高效生物防治因子。【方法】于2014年11月在浙江富阳昌东村马鞍山砍下松墨天牛虫害木,通过林间野外调查,明确松墨天牛和莱氏猛叩甲的发生情况;将野外采集到的莱氏猛叩甲幼虫带回室内,分别饲喂黄粉虫和松墨天牛的末龄幼虫和蛹,每天记录捕食量,确定莱氏猛叩甲的捕食能力。【结果】野外调查中,我们在松墨天牛幼虫蛀食的坑道中发现了莱氏猛叩甲幼虫和松墨天牛幼虫被取食后的残体;在采集到1 094头松墨天牛幼虫的危害木内,共采得莱氏猛叩甲末龄幼虫36头,约为松墨天牛幼虫数量的3%。室内捕食实验表明,5 d内莱氏猛叩甲捕食黄粉虫幼虫总量为3.2头,平均每天捕食约0.6头,而捕食松墨天牛幼虫总量为8.0头,平均每天捕食约1.6头,莱氏猛叩甲对松墨天牛的总捕食量显著高于对黄粉虫幼虫的总捕食量(P0.0001);4 d内莱氏猛叩甲捕食黄粉虫蛹总量为5.6头,平均每天捕食约1.4头,而捕食松墨天牛蛹总量为7.8头,平均每天捕食约2.0头,莱氏猛叩甲对松墨天牛蛹的捕食量显著高于黄粉虫蛹(P=0.028)。回归分析还表明,莱氏猛叩甲幼虫的捕食量不受叩甲个体大小的影响。【结论】莱氏猛叩甲普遍分布在松墨天牛发生区,同时发现松墨天牛被取食后的残体,表明莱氏猛叩甲是松墨天牛的捕食性天敌。莱氏猛叩甲均能捕食黄粉虫和松墨天牛的幼虫和蛹;相比于捕食黄粉虫,莱氏猛叩甲对松墨天牛的幼虫和蛹具有更好的捕食效率,具有很好的生物防治前景,是未来松墨天牛治理潜在高效生物防治因子。     

松墨天牛表皮蛋白基因的克隆及表达分析

【目的】本研究旨在探索松墨天牛Monochamus alternatus Hope中昆虫表皮蛋白（ICP）基因在幼虫各组织中和不同发育阶段的时空表达模式。【方法】用cDNA末端快速扩增方法(rapid amplification of cDNA ends, RACE) 克隆了松墨天牛表皮蛋白基因,用实时荧光定量PCR分析了该基因在幼虫体内和不同虫态中的表达。【结果】克隆获得的松墨天牛幼虫表皮蛋白基命名为MoalICP（GenBank 登录号：AGX00998.1）,开放阅读框长408 bp,编码135个氨基酸,推测得到的蛋白的分子量为14.51 kDa。由MoalICP推导的蛋白与桑天牛Apriona germari ICP (AAM66718.1)氨基酸序列一致性为79%;与丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis ICP (NP_001161297.1)、果蝇Drosophila mojavensis ICP (XP_002005461.1)、玉带凤蝶Papilio polytes ICP (BAM18876.1)等19种昆虫表皮蛋白的氨基酸序列一致性在35%~45%之间;在第10-26位氨基酸位处含有一个跨膜片段。MoalICP在幼虫头、体壁、脂肪体、血细胞、中肠和马氏管均有表达;在蛹和成虫中的表达量分别是在幼虫中的44%和161%。【结论】MoalICP与其他昆虫有较高的氨基酸序列一致性。MoalICP在松墨天牛幼虫内广泛表达;在各个发育阶段中,以成虫中的表达量最高。本文为进一步研究松墨天牛表皮蛋白基因的生理功能和松墨天牛的表皮化学奠定基础。     

孢悬液浓度和宿主体型大小对球孢白僵菌对松墨天牛幼虫的致病力的影响

【目的】球孢白僵菌Beauveria bassiana是一种被广泛用于害虫生物防治的生防菌。本研究探讨了孢悬液浓度和宿主体型大小对球孢白僵菌对松墨天牛Monochamus alternatus 幼虫的致病力的影响,旨在为松墨天牛的生物防治提供科学基础。【方法】分别用0.5% 吐温-80(CK)以及1×10⁵, 1×10⁶, 1×10⁷, 1×10⁸和1×10⁹孢子/mL的球孢白僵菌孢悬液接种松墨天牛4龄幼虫,统计接种后15 d内幼虫死亡率和染菌率。同时用最佳浓度(1×10⁹孢子/mL)的球孢白僵菌孢悬液接种体型大小分别为100~150, 200~220, 300~320, 400~420, 500~520和600~650 mg/头的松墨天牛幼虫,测定接种后20 d内幼虫的死亡率和染菌率。【结果】接种1×10⁵~1×10⁹孢子/mL的球孢白僵菌后,松墨天牛4龄幼虫起初活动自如,后在头部出现烧灼状伤并且体色逐渐变红,最后周身长满菌丝。不同浓度下,随球孢白僵菌孢子浓度升高,松墨天牛4龄幼虫校正死亡率和校正染菌率增加。接种1×10⁶~1×10⁹孢子/mL球孢白僵菌孢悬液15 d的松墨天牛4龄幼虫累计校正死亡率均可达到100%,1×10⁷, 1×10⁸和1×10⁹孢子/mL浓度下,松墨天牛达到100%校正死亡率所需时间最少。接种0 (CK), 1×10⁵, 1×10⁶, 1×10⁷, 1×10⁸和1×10⁹孢子/mL球孢白僵菌孢悬液的松墨天牛4龄幼虫校正染菌率在第15天分别为0, 20.00%, 86.67%, 90.00%, 96.67%和100.00%,表现为白僵菌孢子浓度越高,染菌率越高。1×10⁹孢子/mL的接种浓度下,松墨天牛幼虫个体越大,天牛幼虫死亡率和染菌率越高。表现在第20天时,体型大小为100~150, 200~220, 300~320, 400~420, 500~520和600~650 mg/头的幼虫的死亡率分别为76.67%, 76.67%, 66.67%, 93.33%, 100.00%和100.00%,染菌率分别为60.00%, 63.33%, 60.00%, 86.67%, 96.67%和100.00%。【结论】球孢白僵菌悬浮液浓度对松墨天牛幼虫的死亡和侵染有显著影响,表现为随孢子浓度的增加而增加;同时,松墨天牛幼虫个体越大,死亡率和染菌率越高。研究结果对开展利用球孢白僵菌防治松墨天牛具重要借鉴和指导意义。     

孢悬液浓度和宿主体型大小对球孢白僵菌对松墨天牛幼虫的致病力的影响

【目的】球孢白僵菌Beauveria bassiana是一种被广泛用于害虫生物防治的生防菌。本研究探讨了孢悬液浓度和宿主体型大小对球孢白僵菌对松墨天牛Monochamus alternatus幼虫的致病力的影响,旨在为松墨天牛的生物防治提供科学基础。【方法】分别用0.5%吐温-80(CK)以及1×10~5, 1×10~6, 1×10~7, 1×10~8和1×10~9孢子/mL的球孢白僵菌孢悬液接种松墨天牛4龄幼虫,统计接种后15 d内幼虫死亡率和染菌率。同时用最佳浓度(1×10~9孢子/mL)的球孢白僵菌孢悬液接种体型大小分别为100～150, 200～220, 300～320, 400～420, 500～520和600～650 mg/头的松墨天牛幼虫,测定接种后20 d内幼虫的死亡率和染菌率。【结果】接种1×10~5～1×10~9孢子/mL的球孢白僵菌后,松墨天牛4龄幼虫起初活动自如,后在头部出现烧灼状伤并且体色逐渐变红,最后周身长满菌丝。不同浓度下,随球孢白僵菌孢子浓度升高,松墨天牛4龄幼虫校正死亡率和校正染菌率增加。接种1×10~6～1×10~9孢子/mL球孢白僵菌孢悬液15 d的松墨天牛4龄幼虫累计校正死亡率均可达到100%,1×10~7, 1×10~8和1×10~9孢子/mL浓度下,松墨天牛达到100%校正死亡率所需时间最少。接种0 (CK), 1×10~5, 1×10~6, 1×10~7, 1×10~8和1×10~9孢子/mL球孢白僵菌孢悬液的松墨天牛4龄幼虫校正染菌率在第15天分别为0, 20.00%, 86.67%, 90.00%, 96.67%和100.00%,表现为白僵菌孢子浓度越高,染菌率越高。1×10~9孢子/mL的接种浓度下,松墨天牛幼虫个体越大,天牛幼虫死亡率和染菌率越高。表现在第20天时,体型大小为100～150, 200～220, 300～320, 400～420, 500～520和600～650 mg/头的幼虫的死亡率分别为76.67%, 76.67%, 66.67%, 93.33%, 100.00%和100.00%,染菌率分别为60.00%, 63.33%, 60.00%, 86.67%, 96.67%和100.00%。【结论】球孢白僵菌悬浮液浓度对松墨天牛幼虫的死亡和侵染有显著影响,表现为随孢子浓度的增加而增加;同时,松墨天牛幼虫个体越大,死亡率和染菌率越高。研究结果对开展利用球孢白僵菌防治松墨天牛具重要借鉴和指导意义。     

江西境内松墨天牛生活史特征的季节和纬度变化

【目的】探明产卵季节和地理纬度对松墨天牛Monochamus alternatus生活史特征的影响,为该虫的精确测报和治理提供依据。【方法】在江西境内沿约1°的纬度梯度自南向北建立6处固定试验样地,通过林间诱木截顶网罩的方式调查松墨天牛的世代分化和发育历期,以及通过枯死树解剖的方式调查越冬虫龄的差异。【结果】松墨天牛在赣南和赣中地区存在二代分化现象,其中赣南地区二代分化比例随产卵月份从45.75%下降至2.46%,赣中地区二代分化比例随产卵月份从17.42%下降至0,而在赣北地区仅发生1代,不存在世代分化现象。比较不同纬度下同期所产的卵的二代分代比例时发现,随着地理纬度的增加平均二代分化比例从21.92%下降至0。比较松墨天牛林间的发育历期发现,分化个体的卵-蛹历期在110.66～122.01 d之间且显示同向梯度变异,未分化个体的卵-蛹历期在330.61～366.01 d之间且显示反向梯度变异,但均不存在明显差异。比较越冬幼虫的虫龄及其占比发现,赣南和赣中地区以2-5龄幼虫越冬,赣北地区则以4-5龄幼虫越冬,越冬幼虫中2龄幼虫占比随着地理纬度的增加从12.47%下降至0,而越冬5龄幼...     

冷驯化对油松毛虫越冬幼虫过冷却点及主要耐寒物质的影响

【目的】冷驯化可增强昆虫的耐寒性,本文研究旨在明确不同冷驯化条件下油松毛虫Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu越冬幼虫的过冷却点和主要耐寒物质的变化规律。【方法】利用热电偶方法测定越冬幼虫的过冷却点,分别采用差量法、氯仿甲醇法、苯酚硫酸法及毛细管气相测谱法测定其含水率、脂肪、糖原和小分子糖醇的含量。【结果】冷驯化会导致幼虫含水率显著降低;过冷却点和脂肪含量在低于环境气温5℃冷驯化后显著降低,当驯化温度低于环境气温10℃及以上则升高;糖原含量在9月份显著增加,越冬中期(1、3月份)含量略有降低但不显著;小分子糖醇含量的变化均不显著;海藻糖含量略降低;甘油、葡萄糖和半乳糖含量在低于环境气温5℃冷驯化后略降低,低于环境气温10℃冷驯化则升高。【结论】冷驯化使幼虫虫体含水率和脂肪含量降低,糖原含量提高,从而导致其过冷却点降低,耐寒能力提高;冷驯化的温度和时间均会影响其过冷却能力,在最适合的温度和时长可以最大程度提高其耐寒能力。研究结果为揭示油松毛幼虫的耐寒机制及潜在分布区预测提供了科学依据。     

低温胁迫对沙葱萤叶甲幼虫过冷却能力及生长发育的影响

【目的】低温是影响昆虫生长发育和存活的关键因子之一。通过研究低温胁迫对沙葱萤叶甲Galeruca daurica Joannis幼虫过冷却能力及生长发育的影响,为进一步预测其种群动态及分布范围奠定必要的基础。【方法】在室内,沙葱萤叶甲1龄幼虫经不同的低温处理后,测定其过冷却点及后期幼虫和蛹的发育历期及存活率。【结果】快速冷驯化对1龄幼虫的过冷却点存在极显著的影响,其中在﹣10℃下处理2 h后的过冷却点显著低于对照,而在﹣6℃下处理2 h后与对照无显著性差异。经低温处理存活的1龄幼虫在25℃下继续饲养至蜕皮为2龄幼虫,测得的过冷却点与对照均无显著差异。1龄幼虫经历不同低温处理后,1龄和2龄幼虫发育历期和幼虫总发育历期与对照相比均显著延长;蛹期与对照相比差异不显著;短时低温处理(2 h)对3龄幼虫发育历期无显著影响,而较低温度(﹣5℃)的长时间(2~6 d)处理却显著缩短了3龄幼虫发育历期,但0℃处理对3龄幼虫发育历期影响不显著。低温处理对后期1龄和2龄幼虫死亡率存在显著的影响,但对3龄幼虫和蛹的死亡率影响不显著。通常在低温处理时间相同的情况下,胁迫温度越低,对后期幼虫发育历期和死亡率影响越大;在处理温度相同的情况下,胁迫时间越长,对后期幼虫发育历期和死亡率影响越大。【结论】低温胁迫可以显著地提高沙葱萤叶甲幼虫的过冷却能力,但却延长了后期幼虫的发育历期及降低了其存活率,胁迫温度越低、时间越长,影响程度越大。     

德国小蠊两个海藻糖合成酶基因的克隆、组织分布及温度诱导表达分析

【目的】海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是参与昆虫血糖-海藻糖合成的关键酶。本研究旨在克隆德国小蠊 Blattella germanica TPS基因,研究TPS基因在德国小蠊不同组织中的表达模式及在不同温度处理下的表达情况。【方法】通过RACE技术克隆德国小蠊TPS基因全长序列,利用荧光定量PCR的方法检测TPS基因在德国小蠊5龄幼虫不同组织中的表达模式及在高温(40℃和46℃处理30 min)及低温(0℃和10℃处理1 h)逆境下的表达量变化。【结果】从德国小蠊中克隆获得2个TPS基因,分别命名为 BgTPS1 (GenBank登录号：KR050213) 和 BgTPS2 (GenBank登录号：KR050214)。其中,BgTPS1基因cDNA序列全长2 987 bp,开放阅读框 (ORF) 2 502 bp,编码833个氨基酸;BgTPS2基因cDNA序列全长3 212 bp,开放阅读框2 469 bp,编码822个氨基酸。BgTPS1和BgTPS2基因都主要在5龄幼虫脂肪体中表达,且BgTPS2基因的表达量为BgTPS1基因表达量的3.9倍。在两种不同极端温度诱导下,BgTPS1和BgTPS2基因mRNA均上调表达。其中,BgTPS2 的表达量始终显著高于 BgTPS1。在0℃时,BgTPS1和BgTPS2的表达量最高。【结论】德国小蠊5龄幼虫中存在2个TPS基因。两个TPS基因均在脂肪体中高表达,且BgTPS2基因的表达量显著高于BgTPS1基因;低温和高温诱导下均能促进两个基因的表达量上升。该结果为进一步明确昆虫海藻糖的合成途径及其在昆虫对温度逆境的反应中的作用研究奠定了基础。     

稻纵卷叶螟幼虫驯化产生的热适应能力的继代效应

摘要: 【目的】在全球不断变暖背景下,昆虫受到热胁迫的频率不断增加。短期内反复受到热胁迫会使昆虫产生热适应性,但是昆虫热驯化所产生的耐热能力的传代效应还不完全清楚。稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis是水稻上的重要害虫,对其幼虫在特定温度下进行几代热锻炼可提高其对高温的适应能力。本研究旨在摸清稻纵卷叶螟热适应的传代能力,为在全球变暖形势下以温度因子预测其种群发展趋势提供指导。【方法】将实验室内分别经39℃和41℃连续锻炼30代建立的稻纵卷叶螟热锻炼品系HA39和HA41以及非锻炼品系HA27的1-5龄期幼虫在不同温度(36℃和41℃)下进行不同时长(1~144 h)的暴露处理,调查幼虫的存活率,确定热锻炼品系幼虫的耐热能力;采用两品系间杂交实验测定HA39和HA27各交配组合的繁殖力及后代3龄幼虫的耐热能力;对HA39停止高温锻炼,并测定停止锻炼2代后3龄幼虫的耐热能力。【结果】稻纵卷叶螟3龄幼虫经历多代次短期热锻炼不仅可提高该龄幼虫的高温适应力,而且可提高其他龄期幼虫对特定高温的耐受能力,表现为HA39和HA41在36或41℃下处理特定时长的存活率显著高于HA27。锻炼高温的不同,幼虫获得的热耐受能力也有差异。39℃下锻炼可提高4龄幼虫在36℃下暴露2和4 d以及5龄幼虫在41℃下暴露5和6 h时的存活率,但41℃下锻炼则不可。HA39和HA27的自交及杂交后代的繁殖力之间均无显著差异,杂交后代3龄幼虫在41℃下处理5和6 h时的存活率与HA39自交后代的相当,并且显著高于HA27自交后代的,幼虫通过热锻炼获得的耐热能力可从亲本遗传给后代。停止热锻炼2代后,在39℃下处理4 h时HA39 3龄幼虫的存活率显著高于HA27的,但39℃下其余处理时间以及36和41℃下处理1~7 h HA39 3龄幼虫的存活率均与HA27的无显著差异,表明幼虫热锻炼产生的耐热能力在停止锻炼后2代仍可部分保持。【结论】稻纵卷叶螟幼虫的热适应能力具有继代效应。经过长期的气候变暖适应后,稻纵卷叶螟种群的热适应能力很可能在不断增强,从而夏季高温对其种群的抑制作用减弱,其种群暴发频率增加。     

肠道细菌弗氏柠檬酸杆菌和产酸克雷伯氏菌对斑翅果蝇生长发育和物质代谢的影响

【目的】明确弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter freundi和产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca两种肠道共生细菌对斑翅果蝇Drosophila suzukii生长发育和物质代谢的影响。【方法】以正常饲养条件下的斑翅果蝇、构建的斑翅果蝇无菌品系以及弗氏柠檬酸杆菌和产酸克雷伯氏菌单一共生菌感染的斑翅果蝇品系为材料,检测不同品系间斑翅果蝇的卵孵化率、3龄幼虫体重和化蛹率;测定不同斑翅果蝇品系3龄幼虫体内蛋白质、氨基酸、糖原和游离脂肪酸等代谢物的含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活力。【结果】正常饲养条件下的斑翅果蝇卵孵化率、3龄幼虫体重、化蛹率及3龄幼虫体内蛋白质的含量均高于其他斑翅果蝇品系,且无菌品系中的最低。弗氏柠檬酸杆菌和产酸克雷伯氏菌感染的斑翅果蝇品系3龄幼虫中的氨基酸和糖原含量均低于斑翅果蝇无菌品系和正常品系。弗氏柠檬酸杆菌感染斑翅果蝇品系3龄幼虫体内游离脂肪酸的含量较其他品系的也降到最低。弗氏柠檬酸杆菌和产酸克雷伯氏菌感染斑翅果蝇品系3龄幼虫体内POD活力显著高于无菌品系和正常品系,而CAT活力显著低于无菌品系。【结论】斑翅果蝇肠道中无肠道共生细菌时生长发育迟缓,在食物中分别添加弗氏柠檬酸杆菌和产酸克雷伯氏菌后可一定程度上促进斑翅果蝇的发育,这与添加肠道共生菌后斑翅果蝇体内代谢物的变化密切相关。     

桃蛀螟CYP6AE76基因参与对Cry1Ab蛋白的解毒作用

【目的】明确桃蛀螟Conogethes punctiferalis幼虫取食Cry1Ab蛋白后体内CYP6AE76的过表达及对Cry1Ab蛋白有解毒作用。【方法】分析桃蛀螟CYP6AE76序列特征;利用RT-qPCR检测CYP6AE76在不同发育阶段(1-5龄幼虫)和4龄幼虫不同组织(头、中肠、血淋巴和脂肪体)以及4龄幼虫取食含有Cry1Ab蛋白(LC₅₀=1.08 ng/cm2)的人工饲料3 d存活的幼虫中肠和血淋巴中的表达量;利用RNAi饲喂法沉默桃蛀螟4 龄幼虫CYP6AE76后检测中肠中CYP6AE76的表达量,并统计120 h后幼虫体重并计算幼虫存活率;利用RNAi饲喂法沉默桃蛀螟初孵幼虫CYP6AE76后饲喂含1.08 ng/cm² Cry1Ab蛋白的饲料,7 d后统计幼虫体重并计算幼虫存活率。【结果】桃蛀螟CYP6AE76基因开放阅读框长1 572 bp,编码524个氨基酸,分子量约为60.34 kD,属于CYP6家族基因。发育表达谱结果表明, CYP6AE76基因在桃蛀螟整个幼虫阶段均有表达且在1龄幼虫期表达量最高,随着幼虫龄期增大而表达量降低;组织表达谱结果表明,CYP6AE76在4龄幼虫中肠中表达量最高。4龄幼虫取食含有Cry1Ab蛋白(1.08 ng/cm²)的人工饲料后,CYP6AE76在中肠和血淋巴中的表达量相比对照显著上调。通过RNAi沉默CYP6AE76后,桃蛀螟初孵幼虫再取食含有Cry1Ab蛋白的人工饲料后体重显著降低。【结论】CYP6AE76可能参与对桃蛀螟幼虫摄入的Cry1Ab蛋白的解毒。     

胞质型肽聚糖识别蛋白RfPGRP-L2在维持红棕象甲肠道菌群稳态中的作用

【目的】明确入侵害虫红棕象甲Rhynchophorus ferrugineus胞质型肽聚糖识别蛋白RfPGRP-L2在肠道菌群稳态的维持和调控过程中的作用,将为靶向破坏肠道菌群稳态的害虫控制新策略研发提供新的科学依据和作用靶标。【方法】利用生物信息学方法分析RfPGRP-L2的序列特征。利用RT-qPCR分析RfPGRP-L2在健康红棕象甲4龄幼虫不同组织(头、脂肪体、表皮、前肠、中-/后肠、血淋巴)以及大肠杆菌Escherichia coli DH5α和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus经注射（注射1 μL OD₆₀₀=1.6的菌液）和喂食（取食涂抹1 mL OD₆₀₀=1.6的菌液的甘蔗薄片）两种不同方式分别感染后红棕象甲4龄幼虫肠道和脂肪体中的表达量;进行RfPGRP-L2原核表达,利用体外孵育方法检测重组蛋白RfPGRP-L2对大肠杆菌DH5α和金黄色葡萄球菌的凝集和抑菌活性;RNAi干扰RfPGRP-L2后,检测红棕象甲4龄幼虫血淋巴和肠道中大肠杆菌菌落数的变化;利用RT-qPCR分析RNAi干扰RfPGRP-L2后红棕象甲4龄幼虫脂肪体和肠道中抗菌肽基因表达量的变化;利用基于细菌16S rRNA的高通量测序分析RNAi干扰RfPGRP-L2对健康红棕象甲4龄幼虫肠道菌群结构组成的影响。【结果】SMART预测发现红棕象甲RfPGRP-L2基因编码的蛋白中无跨膜结构域也无信号肽,这表明RfPGRP-L2是一种胞质型肽聚糖识别蛋白。RT-qPCR检测发现,RfPGRP-L2主要在健康红棕象甲4龄幼虫血淋巴、肠道和脂肪体等免疫组织中表达;被注射感染大肠杆菌和金黄色葡萄球菌6 h和12 h后,红棕象甲4龄幼虫脂肪体中RfPGRP-L2的表达量分别显著上调;被喂食感染大肠杆菌6 h后,红棕象甲4龄幼虫肠道中RfPGRP-L2的表达量显著增加。重组表达蛋白RfPGRP-L2能引起大肠杆菌和金黄色葡萄球菌发生凝集反应,这说明RfPGRP-L2能够识别这两种细菌。当RfPGRP-L2被干扰后,红棕象甲4龄幼虫对肠道和血淋巴中感染EGFP标记的大肠杆菌的清除能力显著弱于对照组;肠道中抗菌肽基因RfCecropin的表达量显著降低;健康红棕象甲4龄幼虫肠道中细菌的菌落数量显著高于对照组,而且肠道菌群结构组成也发生了明显的变化。【结论】红棕象甲体内胞质型肽聚糖识别蛋白RfPGRP-L2能够通过识别细菌并激活肠上皮细胞中相应的免疫信号通路促进抗菌肽基因的表达,从而介导对肠道菌群稳态的调控。     

草地贪夜蛾海藻糖合成酶基因的克隆、时空表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】本研究旨在通过克隆草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase)基因SfTPS,分析其在草地贪夜蛾不同发育阶段、不同组织中的表达水平及不同温度胁迫时5龄幼虫中的相对表达量,为进一步探究TPS在草地贪夜蛾生长发育及抗逆应激反应中的功能奠定基础。【方法】运用RT-PCR技术克隆草地贪夜蛾SfTPS的全长编码区,并进行生物信息学分析。运用RT-qPCR技术检测SfTPS在草地贪夜蛾不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(体壁、中肠和脂肪体)中和经短期(2, 4和8 h)高(35℃)低温(10℃)胁迫后5龄幼虫中的表达变化。【结果】克隆获得2 571 bp的草地贪夜蛾TPS cDNA序列,命名为SfTPS(GenBank登录号： MT920672),全长开放阅读框(ORF)长2 481 bp,编码的826个氨基酸具有TPS和TPP两个保守结构域。同源比对和系统进化分析表明,昆虫TPS蛋白具有较高的保守性,SfTPS与斜纹夜蛾S. litura的TPS亲缘关系最近,序列一致性达到99.15%。SfTPS中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲占比分别为38.14%, 12.23%和48.55%;SfTPS的三级结构为同源二聚体。RT-qPCR结果表明,SfTPS在草地贪夜蛾卵期和1-5龄幼虫期低表达,在6龄幼虫期、蛹期和成虫期高表达,且草地贪夜蛾变态前后SfTPS的表达量变化较大。组织分布结果显示,SfTPS在5龄幼虫脂肪体中表达量最高。草地贪夜蛾5龄幼虫经2~8 h低温(10℃)和高温(35℃)胁迫后,SfTPS的相对表达量显著高于对照(25℃),分别为对照的4.43~9.34和2.50~6.03倍。【结论】SfTPS基因在草地贪夜蛾生长发育过程及抵御高低温度胁迫中可能具有重要作用。