昆虫钟基因研究进展

昆虫进化形成了内在的生物钟机制以协调行为、生理及代谢节律与外部环境信号同步,从而更有效地利用资源并获得适应性优势。行为、生理及代谢昼夜调控的协调对于昆虫有效应对可预见的生理上的挑战至关重要。生化过程和代谢变化与外部环境的昼夜节律同步性受基因表达的控制,钟基因在昆虫的重要生理过程如中枢及外围生物钟机制、光周期信号传导、光周期介导的外围组织调控、代谢以及免疫中发挥着重要作用。根据信号转导过程中的作用,昆虫钟基因分为3类——信号输入基因、信号震荡起搏器和信号输出基因,它们通过相互作用形成了复杂的转录-翻译反馈回路并参与调控昆虫昼夜节律和光周期事件。本文针对昆虫钟基因的鉴定、分类和功能,作用分子机制以及研究方法和挑战等方面作了总结,并展望了昆虫钟基因未来的研究方向,这将为昆虫钟基因的进一步功能研究及开发利用提供信息参考。     

碱性磷酸酶同工酶研究进展与应用

碱性磷酸酶（ＡＬＰ）及其同工酶的研究已越来越为人们所重视,特别是目前对肾脏疾病及肿瘤方面的研究进展迅速,作为某些疾病的标志物正为人们所认识,本文简要综述了在碱性磷酸酶同工酶的研究与应用的新进展 。     

碱性磷酸酶同工酶研究进展与应用

碱性磷酸酶（ＡＬＰ）及其同工酶的研究已越来越为人们所重视,特别是目前对肾脏疾病及肿瘤方面的研究进展迅速,作为某些疾病的标志物为人们所认识,本文简要综述了在碱性磷酸酶同工酶的研究与应用的新进展。     

昆虫唾液成分在昆虫与植物关系中的作用

近年来,人们对于植食性昆虫唾液的深入研究,揭示出其在昆虫与植物的相互关系和协同进化中起到非常重要的作用。植食性昆虫唾液中含有的酶类和各种有机成分,能诱导植物的一系列生化反应,而且这些反应有很强的特异性,与为害的昆虫种类甚至龄期有关。鳞翅目幼虫口腔分泌物（或反吐液）中含有的β-葡糖苷酶、葡萄糖氧化酶等酶类和挥发物诱导素等有机成分,已经证明可以诱导植物的反应; 刺吸式昆虫的取食也可以刺激植物产生反应,但其唾液内的酶类,如烟粉虱的碱性磷酸酶, 蚜虫的酚氧化酶、果胶酶和多聚半乳糖醛酸酶, 蝽类的寡聚半乳糖醛酸酶等是否发挥作用,目前还没有直接的证据。寄主植物对昆虫的唾液成分也有很大的影响,可能是昆虫对不同植物营养成分和毒性成分的适应方式。对昆虫唾液蛋白的分析表明,具有同样类型口器、食物类型接近的昆虫,唾液成分有更多的相似性。研究植食性昆虫的唾液成分,对于阐明昆虫和植物的协同进化关系、昆虫生物型的形成机理、害虫的致害机理,以及指导害虫防治等,有着一定的理论和实际意义。     

昆虫海藻糖与海藻糖酶的特性及功能研究

海藻糖作为昆虫的血糖,对昆虫的能量代谢、滞育、抗逆等具有重要作用。海藻糖酶是海藻糖代谢过程中一个重要的酶类,特异性地将一分子海藻糖水解为两分子葡萄糖而被昆虫利用,其基因表达和酶活性与昆虫各项生理过程密切相关。本文从昆虫海藻糖与海藻糖酶的特性、代谢途径以及它们在昆虫体内的重要作用进行综述,并对海藻糖和海藻糖酶在授粉昆虫方面的研究作了展望。     

昆虫miRNA研究进展

微小RNA(microRNA, miRNA)广泛存在于不同的生物体内,是一类长度为19~24 nt的内源性单链非编码小RNA,主要通过其种子区域与靶基因的开放阅读框(open reading frame, ORF)和3′非翻译区(untranslated region, UTR)进行结合,进而在转录后水平调控基因表达,miRNA在细胞分化、增殖、凋亡等多种生物学过程中均起着重要作用。随着miRNA逐渐成为生命科学研究的热点,其在昆虫中的研究也不断深入并取得了较大进展,高通量测序技术以及生物信息学的发展加快了各个物种中miRNA的鉴定,为后续miRNA相关研究提供了理论基础。直接克隆、生物信息学预测以及高通量测序都可以对不同物种中的miRNA进行鉴定,并通过miRNA基因芯片分析、Northern blot及实时荧光定量PCR(RT qPCR)检测miRNA表达水平,对其进行抑制表达或过表达可以进一步揭示miRNA的生物功能。miRNA通过参与蜕皮激素通路及调节蜕皮激素受体、性别分化、翅发育、脂质代谢和卵巢发育等相关基因的表达对昆虫的生长发育和生殖过程产生重要影响。某些昆虫的昼夜节律、记忆形成、学习能力等行为过程也不乏miRNA参与。在病毒与昆虫互作过程中,一些病毒编码的miRNA通过调节宿主基因表达,干扰宿主昆虫对病毒的免疫反应,而昆虫编码的miRNA则可以影响病毒复制。昆虫miRNA也可以通过调节自身免疫相关基因的表达,影响其先天免疫功能,在昆虫对外源病原物的免疫反应中发挥重要作用。此外,昆虫miRNA通过负向调控解毒相关基因的表达而形成或增强杀虫剂抗性,改变对农药的敏感性,在昆虫抗药性中发挥作用。本综述为进一步了解昆虫miRNA提供了理论基础,也为其在害虫综合治理中的应用提供依据。     

昆虫肠道菌群组学研究及功能和应用进展

近年来,随着昆虫微生态领域研究的发展,昆虫肠道菌群组学研究越来越受关注。由于昆虫肠道菌群种类繁杂、数量巨大、功能多样,因此,其组学研究方法的选取至关重要,与研究是否科学、高效及合理密切相关。常见的昆虫肠道菌群组学研究方法包括宏基因组学、蛋白质组学、代谢组学、培养组学及多组学技术。昆虫肠道菌群在与宿主长期共同进化中对宿主的营养代谢、生长发育、保护防御等起到了至关重要的作用,随着其功能研究的不断深入,昆虫肠道菌群应用研究也越来越广泛。本文将从昆虫肠道菌群的概述、组学研究方法的选择、昆虫肠道菌群的功能及应用4个方面,对近年来的研究进行总结,为昆虫肠道菌群的深入研究提供文献参考。     

高温对昆虫影响的生理生化作用机理研究进展

温度是影响昆虫生命活动的重要因素，将其与某一时间的种群数量结合，可用于对昆虫未来种群数量进行预测预报。过高的环境温度常使昆虫的生长发育、生殖及存活等受到严重影响，对这种影响缺乏了解降低了害虫测报的准确性。探明高温对昆虫生理生化的作用机理是了解高温对昆虫生命活动影响的根本途径。总结了高温对昆虫生理生化的重要影响。高温使昆虫表皮的蜡质层瓦解，油脂融化，表皮渗透性增加，虫体大量失水。引起昆虫体内重要离子的浓度发生变化，改变许多重要大分子的电荷状态，使生物大分子的动力学能量增大，离子键、氢键和范德华力降低，分子间疏水作用增强，大分子保持形状的能力降低，空间构象发生改变，从而影响生物大分子行使其功能。高温使昆虫细胞骨架瓦解，细胞遭到破坏；细胞膜内磷脂组分比例改变，细胞膜流动性下降。虫体内重要遗传物质DNA和RNA复杂的二级结构和三级结构在高温下发生改变，对昆虫性状的稳定遗传造成严重影响。细胞内蛋白质的数量和种类组成均发生改变，原有常温下的蛋白质合成系统关闭，空间构象及功能发生变化，而产生耐热性物质（如热激蛋白）的蛋白质合成系统则开启。高温影响酶及酶促反应速率，对昆虫体内神经传导关键酯酶——乙酰胆碱酯酶的影响使昆虫无法进行正常的神经传递，丧失躲避不良环境的能力。高温影响脂质、低聚糖等物质的代谢。最后梳理了高温作用下昆虫各种生理生化指标发生变化之间可能存在的关联性，并提出高温对昆虫造成伤害的顺序过程假设。讨论了不同程度的高温对昆虫造成死亡的机理可能不同。指出了未来该领域研究的重点内容，如高温对昆虫造成损害的最初作用位点；高温伤害的完整生理生化路径；耐热性产生的生化基础；高温对昆虫不同发育阶段或生命过程的具体作用机制等。     

昆虫中存在高等动物性激素吗？

性激素在调控高等动物附性器官的发育和成熟, 激发和维持第二性征以及增进两性细胞的结合和孕育能力等方面有不可替代的作用。性激素包括雌性激素和雄性激素, 主要存在于哺乳动物中。随着检测技术的不断进步, 越来越多的研究显示性激素并非高等动物所特有。包括一些昆虫在内的无脊椎动物中同样含有性激素, 家蚕Bombyx mori、欧洲兔虱Spilopsyllus cuniculi等昆虫被高等动物性激素或者性激素类似物处理过后能产生一定的应答, 且有研究报道昆虫中同样含有羟基固醇脱氢酶等高等动物催化合成性激素的某些酶类。本文以雌激素为例, 在全面总结高等动物雌激素在昆虫中的鉴定、代谢、生理作用等相关研究的基础上, 分析昆虫对高等动物性激素的合成、应答以及高等动物性激素在昆虫中作为昆虫“性激素”的可能性。雌激素作为高等动物的主要雌性激素, 在很多昆虫组织或个体提取物中同样存在。目前的研究已经证实家蚕等昆虫能代谢雌激素, 用雌激素处理某些昆虫后也能影响该昆虫的生理过程。雌激素对高等动物许多生理过程都具有显著的调节作用, 但主要还是作为性激素调节性别相关的生理过程。为了明确脊椎动物雌激素在昆虫中是否存在且发挥着性激素功能, 相关的研究可以主要从3个方面着手: (1) 昆虫中能否检测到高等动物雌激素类似物存在; (2) 雌激素是否也能让昆虫产生雌性相关的生理应答,从昆虫中提取的雌激素类似物能否令高等动物产生雌性特异的响应; (3)昆虫是否能够合成雌激素, 体内是否存在参与催化合成雌激素的酶类。     

昆虫耐寒性研究

昆虫是变温动物,气候变化是造成种群季节消长的基本原因之一。尤其在不良的低温环境中,昆虫耐寒力的高低是其种群存在与发展的种要前提,昆虫对低温的适应能力及其机理也因而成为昆虫生态学和生物进化研究中的一个深受重视的问题,本文论述了与耐寒性直接相关的过冷却点昆虫的抗寒对策,明确了昆虫耐寒性的一些基本概念,一方面从环境影响昆虫的角度对耐寒性的一般规律,如季节性变化,地理变异快速冷驯化的作用等做了简要的概念括,另一方面阐述了昆虫适应环境的生理生化机制,包括低分子量的抗冻物质的产生,冰核剂的作用及抗冻蛋白的功能等做了简要的概括,另一方面简单述了昆虫适应环境的生理生化机制,包括低分子量的抗冻物质的产生,冰核剂的作用及抗冻蛋白的功能等。强调昆虫与环境相互作用过程中的生态生理适应,并指出昆虫耐寒性应当与生活史中别的因素联系起来,这样才能对耐寒性有一个更加全面的理解。     

A review on digestive TAG-lipases of insects

Digestion in insects is a multi-step process to afford nutritional requirements of biological activities. The process starts with nervous stimuli and continues with biochemical activities of digestive enzymes as well as several pumps to digest and absorb the obtained molecules. Carbohydrases, lipases and proteases are the three main digestive enzymes involved in digestion process. Lipases seem to be very important not only for digestive role but also for esteratic activity so that some experts consider lipases as the Class 3 of general esterases. Digestive lipases divided into different groups based on their biological roles namely triacylglycerol lipases, phospholipases and two types of phosphatases. Briefly, triacylglycerol lipases (TAG-lipases) are the hydrolysing enzymes that affect the outer esteric links of triacylglycerols in ingested food. Phospholipases including PLA2 and PLA1 remove phosphatide fatty acids attached to the Position 2 and Position 1. Finally, Alkaline and acid phosphatases are the enzymes that hydrolyse phosphomonoesters under alkaline or acid conditions, respectively. In this review, presence and physiological role of digestive TAG-lipases are explained and their possible importance will be discussed in insect.     

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。     

Effect of entomopathogenic fungi on detoxification enzyme activity in greater wax moth Galleria mellonella L. (Lepidoptera, Pyralidae) and role of detoxification enzymes in development of insect resistance to entomopathogenic fungi

Fungal infection of insects increases total esterase and glutathione S-transferase activities in the hemolymph. Activities of acid and alkaline phosphatases were similar in the infected and intact insects. Fungal infection increased the resistance of greater wax moth caterpillars to organophosphorus insecticide malathion 1.46 times relative to intact caterpillars. Possible involvement of detoxification enzymes in the development of insect resistance to entomopathogenic fungi and development of complex biological products based on entomopathogenic microorganisms and inhibitors of detoxification enzymes are discussed.     

寄主植物影响害虫药剂敏感性的研究进展

害虫取食不同寄主植物后,对杀虫剂的反应可归为3类：敏感性降低、增高和无明显变化。害虫对药剂的敏感性变化与不同植物中次生物质诱导激活/抑制昆虫体内相关解毒酶活性有关。这种诱导作用可受到植物营养、次生物质种类及其含量分布、害虫种类与发育阶段、以及环境温度等多种因素影响。经诱导的昆虫解毒酶对不同类型杀虫剂的代谢能力并不相同,进而导致对不同药剂的敏感性变化有明显差异。解毒酶系的诱导激活在害虫抗药性形成早期被认为有利于提高隐性抗性基因频率,从而可促进害虫抗药性的发展。最后,就寄主植物影响害虫对药剂敏感性在害虫治理中的应用作了探讨。     

昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其对昆虫抗药性的意义

植物次生物质(plant secondary metabolites)对昆虫的取食行为、生长发育及繁殖可以产生不利影响,甚至对昆虫可以产生毒杀作用。为了应对植物次生物质的不利影响,昆虫通过对植物次生物质忌避取食、解毒代谢等多种机制,而对寄主植物产生适应性。其中,昆虫的解毒代谢酶包括昆虫细胞色素P450酶系（P450s）及谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）等,在昆虫对植物次生物质的解毒代谢及对寄主植物的适应性中发挥了重要作用。昆虫的解毒酶系统不仅可以代谢植物次生物质,还可能代谢化学杀虫剂,因而昆虫对寄主植物的适应性与其对杀虫剂的耐药性甚至抗药性密切相关。昆虫细胞色素P450s和GSTs等代谢解毒酶活性及相关基因的表达可以被植物次生物质影响,这不仅使昆虫对寄主植物的防御产生了适应性,还影响了昆虫对杀虫剂的解毒代谢,因而改变昆虫的耐药性或抗药性。掌握昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其在昆虫抗药性中的作用,对于明确昆虫的抗药性机制具有重要的参考意义。本文综述了植物次生物质对昆虫的影响、昆虫对寄主植物次生物质的代谢机制、昆虫对植物次生物质的代谢适应性对昆虫耐药性及抗药性的影响等方面的研究进展。     

Mechanisms by which pesticides affect insect immunity

The current state of knowledge regarding the effect of pesticides on insect immunity is reviewed here. A basic understanding of these interactions is needed for several reasons, including to improve methods for controlling pest insects in agricultural settings, for controlling insect vectors of human diseases, and for reducing mortality in beneficial insects. Bees are particularly vulnerable to sublethal pesticide exposures because they gather nectar and pollen, concentrating environmental toxins in their nests in the process. Pesticides do have effects on immunity. Organophosphates and some botanicals have been found to impact hemocyte number, differentiation, and thus affect phagocytosis. The phenoloxidase cascade and malanization have also been shown to be affected by several insecticides. Many synthetic insecticides increase oxidative stress, and this could have severe impacts on the production of some antimicrobial peptides in insects, but research is needed to determine the actual effects. Pesticides can also affect grooming behaviors, rendering insects more susceptible to disease. Despite laboratory data documenting pesticide/pathogen interactions, little field data is available at the population level.     

The classification of esterases: an important gene family involved in insecticide resistance--a review

The use of chemical insecticides continues to play a major role in the control of disease vector populations, which is leading to the global dissemination of insecticide resistance. A greater capacity to detoxify insecticides, due to an increase in the expression or activity of three major enzyme families, also known as metabolic resistance, is one major resistance mechanisms. The esterase family of enzymes hydrolyse ester bonds, which are present in a wide range of insecticides; therefore, these enzymes may be involved in resistance to the main chemicals employed in control programs. Historically, insecticide resistance has driven research on insect esterases and schemes for their classification. Currently, several different nomenclatures are used to describe the esterases of distinct species and a universal standard classification does not exist. The esterase gene family appears to be rapidly evolving and each insect species has a unique complement of detoxification genes with only a few orthologues across species. The examples listed in this review cover different aspects of their biochemical nature. However, they do not appear to contribute to reliably distinguish among the different resistance mechanisms. Presently, the phylogenetic criterion appears to be the best one for esterase classification. Joint genomic, biochemical and microarray studies will help unravel the classification of this complex gene family.     

Extracellular hydrolytic enzymes produced by entomopathogenic fungi--role in an infection process

Entomopathogenic fungi have a great potential in biological control of insect pest population. Fungal pathogens are promising source of insecticides and notable alterative to chemical pesticides. These fungi possess a unique mechanism of insects paralysis. As natural enemies of insects they attack direct host cuticle via a combination of mechanical pressure and cuticle-degrading enzymes. Entomopathogenic fungi produce several proteo-, chitino- and lipolytic enzymes, which are accepted as key factors in insect mycosis. The role of extracellular enzymes in pathogenesis is still not well understood. Profound understanding the mechanisms of insect paralysis by entomopathogenic fungi will help in the production of safer for environment and more efficiency mycoinsecticides.     

昆虫抗药性机理：行为和生理改变及解毒代谢增强（英文）

杀虫剂抗性是指“生物的一个品系发展了对该生物正常种群中大多数个体具有致死作用剂量的杀虫药剂的能力”。行为改变、生理学上的变化或代谢解毒等抗性机制能够降低毒物到达靶标的有效剂量。行为抗性是指减少昆虫与毒物接触或使昆虫能够存活于对大多数对正常个体致死（或有害）的环境中的任何行为。生理学改变的机制包括杀虫剂对表皮的穿透性降低、增加对药剂阻隔（sequestration）或储存和加速杀虫剂的排泄。细胞色素P450、水解酶和谷胱甘肽S-转移酶是杀虫药剂代谢解毒的主要3大酶系。细胞色素P450是一个超基因家族,是生物体内对外源性和内源性化合物解毒代谢或活化最重要的酶系。在许多害虫中发现P450介导的解毒代谢增加导致了对杀虫药剂抗性的增加。谷胱甘肽S-转移酶是可溶性的 二聚体蛋白,与代谢解毒、大量内源性和外源性化合物的排泄有关,许多昆虫中证明其抗药性与该酶活性增加有关。水解酶实际上是一组异源的酶类,其对抗药性的作用包括通过基因扩增增加酶量,作为结合蛋白隔离杀虫药剂或通过增加酶的活性加强对药剂的水解作用。