本期重点推介

正肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins,PGRPs)是昆虫免疫系统中一类重要的模式识别蛋白。苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis是广泛应用的微生物杀虫剂,其晶体毒素杀虫机理得到较多研究,但与宿主的免疫互作机制研究较少。为了阐明苏云金芽胞杆菌侵染后小菜蛾Plutella xylostella PGRP-SA基因(Px PGRP-SA)的免疫响应机制,华南农业大学农学院郑志华和金丰良等利用qRT-PCR技术测定了B.thuringiensis侵染小菜蛾幼虫后Px PGRP-SA的转录模式,通过RNAi技术结合抗血清封闭实验检测和分析     

家蝇抗菌肽基因的表达模式研究

本研究曾报道过家蝇生长过程中的3个基因attacin, defensin, cecropin的转录体. 通过运用实时定量PCR定量分析家蝇不同发育阶段和诱导后不同时间点的三龄幼虫mRNA水平, 结果显示3个基因在三龄幼虫和成虫期转录水平较高. 同时分析发现, 在诱导后mRNA水平显著增加, 3个抗菌肽基因在敏感菌诱导后转录水平相对诱导前分别有cecropin 805倍、attacin 1009倍、defensin 2500倍的增强. 结果提示, 家蝇抗菌肽基因的转录在不同发育阶段和诱导后的不同时期是有差异的.     

光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白ApPGRP的表达与功能分析

【目的】旨在研究光滑鳖甲Anatolica polita肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins, PGRPs)基因ApPGRP表达模式及其对下游免疫相关基因的表达调控,以及重组蛋白ApPGRP与细菌的结合能力。【方法】构建原核表达载体pET-28a-ApPGRP,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),诱导表达并纯化重组蛋白His-ApPGRP,分别测定其与金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和肽聚糖(peptidoglycan, PGN)的结合能力。金黄色葡萄球菌S.aureus刺激后,利用qRT-PCR检测光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP、抗菌肽基因ApAttacin2和ApAttacin1、防御素基因ApDefensin、丝氨酸蛋白酶基因ApSP和丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin等免疫相关基因的表达水平;采用RNAi技术沉默光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP基因的表达,并利用qRT-PCR分别检测RNAi处理以及RNAi后再用S.aureus刺激时幼虫体内上述基因的表达水平变化。【结果】通过原核表达获得了重组蛋白His-ApPGRP,其具有结合金黄色葡萄球菌和肽聚糖的能力。注射金黄色葡萄球菌后,检测的光滑鳖甲6龄幼虫免疫相关基因(ApSP除外)的表达都显著上调;RNAi沉默光滑鳖甲6龄幼虫ApPGRP后,其他免疫相关基因表达量均显著降低,其响应金黄色葡萄球菌刺激后的表达量也显著低于对照组。【结论】这些结果表明,ApPGRP在光滑鳖甲免疫防御中起着识别外源微生物,激活信号通路并调控抗菌肽表达的作用。     

RNAi抑制小菜蛾Br-Z2/3基因对下游细胞凋亡基因表达及化蛹的影响

【目的】本研究旨在构建用于小菜蛾Plutella xylostella蛹期特异表达基因Br-Z2/3 dsRNA合成的体外原核表达系统,研究RNAi抑制Br-Z2/3基因对小菜蛾Br-Z2/3和细胞凋亡基因表达及化蛹的影响。【方法】构建小菜蛾L4440-Br-Z2/3重组载体,转化大肠杆菌Escherichia coli HT115感受态细胞,经IPTG诱导大量获得Br-Z2/3 dsRNA,显微注射Br-Z2/3 dsRNA至小菜蛾4龄幼虫进行RNAi;qPCR检测干扰Br-Z2/3基因12和24 h后小菜蛾4龄幼虫Br-Z2/3及其下游细胞凋亡基因reaper, caspase-9和Gadd45g的表达量;观察并统计Br-Z2/3 RNAi后小菜蛾4龄幼虫的化蛹率、平均化蛹时间、蛹畸形率和幼虫死亡率。【结果】成功实现了Br-Z2/3 dsRNA的原核表达。qPCR结果表明,RNAi干扰Br-Z2/3后,小菜蛾4龄幼虫Br-Z2/3基因和相关联的细胞凋亡基因reaper表达量显著下降,但caspase-9和Gadd45g表达量显著上升。注射Br-Z2/3 dsRNA的处理组,化蛹率显著低于对照组,且化蛹高峰期推迟,幼虫死亡率显著高于对照组且畸形蛹率增加。【结论】本研究成功构建了用于小菜蛾Br-Z2/3基因dsRNA合成的体外原核表达系统,利用显微注射法对Br-Z2/3进行RNA干扰,证明Br-Z2/3是调控小菜蛾化蛹的关键基因。     

家蝇幼虫抗菌活性物质相关基因表达情况

研究了家蝇幼虫体内抗菌活性物质相关基因诱导后的表达情况。选择30％H2O2诱导家蝇幼虫90min,应用半定量RT—PCR的方法,以组成型表达的β-actin基因作为内参照,对抗菌活性物质基因cecropin,defensin,dipteri．cin,attacin和溶菌酶基因lysozyme在诱导后的表达情况进行了初步探索。Cecropin、defensin和attacin基因在家蝇幼虫体内都是诱导表达型基因,分别在诱导后2h和6h达到活性高峰。而diptericin和lysozyme两个基因表达量一直较高,在诱导后6h表达量达到最大水平,随后开始下降,到诱导后36h时还能检测到基因有较高水平的表达。     

小菜蛾Gloverin like抗菌肽对蝉拟青霉侵染的响应研究

抗菌肽是昆虫天然免疫的重要成分,在抵御病原物的侵染中发挥着重要的作用。昆虫Gloverin抗菌肽是一类仅在鳞翅目昆虫中存在的富含甘氨酸抗菌肽。本研究在转录组测序的基础上对小菜蛾抗菌肽gloverin like基因进行了克隆,其开放阅读框序列全长519 bp,编码172 aa,信号肽为1-17 aa。序列分析表明其序列中甘氨酸的比例为15%,与鳞翅目昆虫Gloverin抗菌肽具有较高的同源性。qRT-PCR结果表明小菜蛾抗菌肽gloverin like基因在脂肪体和血细胞组织中表达量较高。蝉拟青霉、金黄色葡萄球菌及大肠杆菌均可诱导小菜蛾抗菌肽gloverin like基因上调表达,蝉拟青霉诱导12 h后表达量达到最高。利用LC-MS方法在蝉拟青霉侵染的小菜蛾幼虫血淋巴中鉴定出小菜蛾Gloverin like、Gloverin抗菌肽以及Lysozyme II、Transferrin、Prophenoloxidase等抗菌效应蛋白。与对照相比,蝉拟青霉侵染后小菜蛾Toll通路4个免疫基因(βGBP、Toll、Cactus和Dorsal)表达量上升。本研究在抗菌肽方面为进一步研究小菜蛾抵御病原真菌入侵的分子机制提供基础信息,也为新的害虫防治方法提供了思路和靶标。     

甜菜夜蛾肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA的克隆及功能鉴定

【目的】本研究旨在阐明甜菜夜蛾Spodoptera exigua幼虫体内肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition protein, PGRP)在响应苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)感染过程中的功能。【方法】利用PCR方法扩增甜菜夜蛾幼虫肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA全长cDNA;采用qRT-PCR分析SePGRP-SA在甜菜夜蛾不同发育阶段(卵、1-5龄幼虫、预蛹和蛹)及4龄幼虫不同组织(中肠、马氏管、围食膜、脂肪体、血淋巴和表皮)中的表达。通过RNAi技术沉默SePGRP-SA基因72 h后,qRT-PCR检测SePGRP-SA沉默效率及甜菜夜蛾4龄幼虫中肠抗菌肽相关基因(Ceropin, Attacin和Defensin)和细菌载量的变化。RNAi沉默SePGRP-SA 24 h后,以苏云金芽胞杆菌菌株Bt-GS57饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫0, 24, 48, 72, 96和120 h,计算幼虫校正死亡率;饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫Bt-GS57后0, 24, 48和72 h,利用qRT-PCR检测中肠SePGRP-SA, Ceropin, Attacin和Defensin的相对表达量。【结果】克隆获得甜菜夜蛾SePGRP-SA全长DNA(GenBank登录号：MW265930),开放阅读框长576 bp,编码191个氨基酸,其编码蛋白的预测分子量为21.59 kD。序列分析结果表明,SePGRP-SA具有典型的PGRP和Ami2保守结构域,信号肽为19个氨基酸,为分泌型蛋白;系统进化分析发现,SePGRP-SA与斜纹夜蛾Spodoptera litura的SlPGRP亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达91.1%。发育表达谱结果表明SePGRP-SA在甜菜夜蛾4和5龄幼虫、预蛹和蛹中高表达;组织表达谱结果表明,SePGRP-SA在4龄幼虫各组织中均表达,其中以血淋巴中表达量最高。与注射dsEGFP(对照)相比,注射dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫在72 h时中肠SePGRP-SA基因表达量下调了95.26%,Cecropin, Attacin和Defensin表达量显著下调,中肠细菌载量显著升高。注射dsEGFP和dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫饲喂Bt-GS57,72 h时幼虫校正死亡率分别为50.00%和73.33%,表明幼虫对Bt-GS57的敏感性明显增加。甜菜夜蛾4龄幼虫取食Bt-GS57后,中肠SePGRP-SA, Cecropin, Attacin和Defensin表达量在48 h均显著增加,72 h时降低。【结论】Bt侵染能够引起甜菜夜蛾SePGRP SA基因激活抗菌肽相关基因Cecropin, Attacin和Defensin的表达。     

桔小实蝇肽聚糖识别蛋白基因BdPGRP-SB1的克隆及功能鉴定

【目的】为探究肽聚糖识别蛋白(PGRP)基因BdPGRP-SB1在桔小实蝇Bactrocera dorsalis免疫中的作用。【方法】本研究利用PCR克隆桔小实蝇BdPGRP-SB1全长cDNA序列;利用生物信息学软件对该基因核苷酸序列及其编码的氨基酸序列特征进行分析。采用RT-qPCR分析BdPGRP-SB1在桔小实蝇不同发育阶段(卵、幼虫、蛹、成虫)及5日龄成虫不同组织(中肠、马氏管、后肠、脂肪体、卵巢和精巢)中的表达模式;对桔小实蝇5日龄雌成虫分别注射大肠杆菌Escherichia coli 0111:B4肽聚糖(PGN-EB)和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus肽聚糖(PGN-SA)后检测BdPGRP-SB1表达水平变化。利用RNAi沉默BdPGRP-SB1的表达,测定大肠杆菌和金黄色葡萄球菌诱导后桔小实蝇雌成虫的死亡率及大肠杆菌诱导后抗菌肽(AMP)基因attacin-A, defensin和diptercin表达变化情况。【结果】克隆获得桔小实蝇BdPGRP-SB1的全长cDNA序列(GenBank登录号: MN892482),开放阅读框长558 bp,编码185个氨基酸,其编码蛋白预测分子量为21.45 kD,等电点为8.57。序列分析表明,BdPGRP-SB1无跨膜结构域,具有PGRP保守结构域,前端具有信号肽,为分泌型蛋白;具有Zn²⁺依赖性酰胺酶活性和DAP型肽聚糖识别位点。系统进化分析发现,BdPGRP-SB1与辣椒实蝇B. latifrons的PGRP-SB1亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达96%。发育表达模式表明,BdPGRP-SB1在桔小实蝇3日龄幼虫和成虫期高表达;组织表达谱结果显示BdPGRP-SB1在5日龄成虫各组织中均有表达,在脂肪体内表达量最高。PGN-EB和PGN-SA均能诱导桔小实蝇雌成虫体内BdPGRP-SB1表达水平变化。通过RNAi抑制BdPGRP-SB1表达后,注射大肠杆菌导致桔小实蝇雌成虫死亡率显著升高,以及attacin-A, defensin和diptercin表达量显著上调。【结论】结果说明桔小实蝇BdPGRP-SB1参与识别革兰氏阴性细菌,并可能参与桔小实蝇Imd途径调控其免疫反应。     

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。     

飞蝗雌成虫脂肪体G蛋白偶联受体鉴定及其在卵发育中的功能

【目的】本研究旨在鉴定飞蝗Locusta migratoria雌成虫脂肪体中表达的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)基因,揭示其在飞蝗卵发育和卵巢生长中的功能。【方法】基于前期获得的第1个促性腺周期内飞蝗雌成虫脂肪体转录组数据,鉴定和聚类分析GPCR基因;qRT-PCR检测GPCR基因在卵黄发生期飞蝗雌成虫脑、胸腹神经节、脂肪体、卵巢和中肠的组织特异性表达模式;通过RNAi实验分析GPCR基因在卵发育和卵巢生长中的功能。【结果】在飞蝗雌成虫脂肪体转录组中新鉴定到了29个GPCR基因。qRT-PCR分析显示,PTH/PTHrPR1和MSR分别在飞蝗雌成虫脂肪体和胸腹神经节中显著高表达,Mthl4, Mthl6和GPR119L在中肠中显著高表达, Octβ1R, CrzR, CCAPR, LGR2, mGluR和GABABR在脑中的表达水平显著高于在其他组织中的。RNAi筛选发现敲降5个GPCR基因CCAPR, PTH/PTHrPR1, ADGRL3, Mthl15和DHR的表达显著抑制飞蝗初级卵母细胞发育和卵巢生长。【结论】本研究结果有助于揭示昆虫高繁殖力的调控网络,并发掘新型害虫防治靶标。     

羧酸酯酶介导的小菜蛾对氟虫腈的抗性

【目的】羧酸酯酶（carboxylesterases, CarEs）是昆虫重要的解毒代谢酶之一,可以介导靶标昆虫对多种杀虫剂的代谢抗性。本研究检测了羧酸酯酶对小菜蛾Plutella xylostella 抗药性的介导功能,旨在阐明羧酸酯酶在小菜蛾代谢解毒中的生理生化和分子机理。【方法】采用点滴法测定氟虫腈对小菜蛾敏感种群和抗氟虫腈种群的毒力,以及羧酸酯酶抑制剂磷酸三苯酯（triphenyl phosphate, TPP）对氟虫腈的增效作用;以LC₃₀和LC₅₀浓度的氟虫腈处理抗性小菜蛾,测定药剂处理后CarEs酶活性的变化;利用qRT-PCR技术分析Pxae22和Pxae31两个基因在小菜蛾不同发育阶段、组织和种群的表达模式;利用dsRNA干扰Pxae22和Pxae31后观察基因的表达变化和小菜蛾3龄幼虫对药剂敏感性的变化。【结果】TPP可以削弱小菜蛾3龄幼虫对氟虫腈的抗性,增效倍数约为6倍;使用较低剂量（LC₃₀和LC₅₀）氟虫腈处理小菜蛾3龄幼虫后,处理组CarEs比活力明显高于对照,提示氟虫腈对小菜蛾CarEs活性具有诱导作用。对羧酸酯酶基因Pxae22和Pxae31在小菜蛾不同发育阶段、4龄幼虫不同组织和不同种群3龄幼虫中的表达模式分析发现,这两个基因在小菜蛾4龄幼虫中的表达量最高;在4龄幼虫中以中肠组织中的表达量较高,头、表皮、脂肪体中的表达量很低; 抗性种群中的表达量显著高于敏感种群。通过干扰 Pxae22和 Pxae31后的qRT-PCR验证,两个基因的表达量均显著降低,进一步的氟虫腈毒力测定发现,干扰P xae22和 Pxae31后的小菜蛾3龄幼虫对氟虫腈的敏感性分别增加了1.63倍和1.73倍。【结论】羧酸酯酶在小菜蛾对氟虫腈解毒代谢中具有重要作用;Pxae22和Pxae31是小菜蛾的两个抗性相关基因,其表达水平的变化直接影响小菜蛾对氟虫腈的敏感性。     

The immune response in Drosophila: pattern of cecropin expression and biological activity.

Cecropins are antibacterial peptides, induced in Drosophila as part of the humoral immune response to a bacterial invasion. We have used the cloned Drosophila cecropin genes CecA1, A2 and B as probes to study the developmental and tissue specific regulation of this response. The genes are strongly expressed in fat body and hemocytes after injection of bacteria, the CecA genes being much more active than CecB in the fat body. All parts of the fat body and 5-10% of the hemocytes are involved in this response. CecA1 and A2 are most active in larvae and adults; CecB is preferentially active in early pupae. A small peak of constitutive cecropin expression in early pupae appears to be caused by bacteria in the food. Cecropin A, the common product of the CecA1 and A2 genes, was identified in the hemolymph of immunized flies at a concentration of 25-50 microM, enough to kill all tested bacteria except Serratia, a Drosophila pathogen. A useful in vitro system to study the immune response has been found in Schneider's line 2 cells which respond to lipopolysaccharide and laminarin by cecropin expression.     

亚洲玉米螟幼虫体内保幼激素二醇激酶cDNA片段克隆与序列分析

为研究亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)幼虫体内保幼激素二醇激酶(JHDK)表达调控的分子机理,根据不同昆虫保幼激素二醇激酶基因序列的保守区域,设计合成简并引物,采用RT-PCR技术从亚洲玉米螟5龄幼虫中扩增出一段cDNA片段,大小为189bp,编码63个氨基酸,预测分子量为6.78ku,理论等电点pI值为4.57。该基因序列中含有保守的GTP结合蛋白特征指纹基序∑3和∑1。BlastP分析结果表明:该片段氨基酸序列与烟草天蛾JHDK氨基酸序列的一致性最高,为69%;与家蚕和小菜蛾JHDK氨基酸序列的一致性分别为55%和52%。构建系统发育树分析了3种鳞翅目昆虫JHDK进化关系,结果显示:亚洲玉米螟cDNA片段氨基酸序列与家蚕JHDK的亲缘关系最近,与小菜蛾JHDK的亲缘关系最远。半定量PCR结果表明:JHDK基因在中肠中表达量最高,随着5龄幼虫的发育,JHDK基因在血细胞、脂肪体和体壁组织中表达量有下降趋势,但在中肠组织中表达量明显增强。     

A novel polydnaviral gene family, BEN, and its immunosuppressive function in larvae of Plutella xylostella parasitized by Cotesia plutellae

A full genome sequence of the episomal form of Cotesia plutellae bracovirus (CpBV) suggests 11 BEN family genes. This study analyzed their expression and physiological function in the viral host, Plutella xylostella. All 11 BEN family genes were expressed during entire parasitization period of P. xylostella larvae. In addition, these BEN family genes were expressed in fat body, gut, epidermis, and hemocytes in final larval instar of parasitized P. xylostella. The 11 BEN family genes were transiently expressed in nonparasitized larvae by injection of each viral segment containing its corresponding BEN family gene. The transient expression of BEN family genes significantly suppressed hemocyte nodule formation in response to bacterial challenge. Subsequent injection of double-stranded RNA specific to each BEN family gene suppressed the expression of the BEN family gene and rescued the immunosuppression. These results indicate that 11 BEN family genes are expressed in larvae parasitized by C. plutellae and play crucial role in inducing immunosuppression. Homologous BEN family genes were found in other bracoviral genomes. We propose BEN domain-containing genes as a new functional gene family in polydnaviruses.