内共生菌Wolbachia在蓖麻粉虱内的分布

【目的】在粉虱类害虫生物防治的载体植物系统中,蓖麻粉虱Trialeurodesricini是较好的替代寄主。Wolbachia是节肢动物中分布最广的细胞内共生菌,对昆虫的生殖和发育具有重要影响,明确蓖麻粉虱中Wolbachia的分布可为蓖麻粉虱Wolbachia的深入研究奠定基础,为粉虱类害虫的生物防治提供新的理论依据和思路。【方法】通过内共生菌Wolbachia的wsp基因A大组和B大组特异性引物对蓖麻粉虱的室内饲养种群及蓖麻粉虱与丽蚜小蜂同笼饲养20代的种群逐代进行PCR检测,对扩增到的基因进行测序并构建系统发育树,进行相关分析。【结果】蓖麻粉虱种群中只有A大组Wolbachia分布,感染率为40%,系统发育分析表明该类群的Wolbachia属于A大组中的Dro亚组,与报道的其他寄生蜂种群感染的Wolbachia同属一组。丽蚜小蜂种群中的Wolbachia属B大组,蓖麻粉虱与丽蚜小蜂混合饲养20代,逐代检测发现Wolbachia并未在蓖麻粉虱与丽蚜小蜂种群间发生水平传播。【结论】蓖麻粉虱的室内饲养种群中Wolbachia的感染率仅为40%,说明Wolbachia能够在蓖麻粉虱种群中稳定遗传,但在蓖麻粉虱个体间水平传播的能力较弱。短时间内Wolbachia无法在蓖麻粉虱与丽蚜小蜂种群间水平传播。     

不同品种(系)小豆根系活力与叶片衰老的关联研究

以高产小豆品种(系)‘2000-75’、‘冀红9218’和低产品种(系)‘红宝1号’、‘湾选1号’为材料,测定小豆开花至成熟期,根系与始花节位叶片生长指标、保护酶活性、可溶性蛋白含量等变化,分析其根系与始花叶协同衰老的相关性,以揭示小豆根系活力与地上部叶片衰老之间的关系。结果表明:(1)各品种(系)开花后,植株根系伤流强度随着花后生育进程的推进呈单峰增长趋势,但根系活力的衰老起始期晚于叶片功能的衰退开始期。(2)从开花至成熟期,小豆根系活力与叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、叶绿素含量、可溶性蛋白、叶片净光合速率都存在正相关关系,与丙二醛含量呈负相关关系。(3)与低产品种相比,高产小豆品种(系)‘2000-75’和‘冀红9218’的根系活力强,叶片功能期持续时间长,叶绿素含量下降速度慢,保护性酶含量高,使花后小豆的功能叶捕获光能的能力增强,从而形成较高光合能力的小豆群体,最终获得高产。     

梨小食心虫普通气味受体基因GmolOR20的克隆及表达分析

【目的】通过克隆梨小食心虫Grapholita molesta触角中的普通气味受体(odorant receptor, OR)OR20基因,明确其在不同发育期及成虫不同组织中的表达特征,为进一步研究其功能提供理论依据。【方法】根据梨小食心虫雌虫触角转录组数据,利用RT-PCR克隆梨小食心虫OR20基因的完整开放阅读框;采用qRT-PCR检测该基因在不同发育期(卵、1-5龄幼虫、蛹和雌雄成虫)、成虫不同组织(触角、去除触角的头、胸、腹、足、翅)以及不同日龄(1, 3, 5和7日龄)成虫触角中的表达量。【结果】克隆获得梨小食心虫GmolOR20基因cDNA序列(GenBank登录号:MH898864)。该基因完整开放阅读框为1 284 bp,编码427个氨基酸,预测蛋白分子量为49.83 kD,理论等电点为8.57,具有7个跨膜结构域。序列比对和系统进化树结果表明,梨小食心虫GmolOR20与苹果蠹蛾Cydia pomonella CpomOR15和豆荚小卷蛾Cydia nigricana CnigOR15亲缘关系较近,氨基酸序列一致性分别为87%和84%。发育表达模式结果显示,GmolOR20在不同发育时期均有表达,雌雄成虫中的表达量显著高于其他发育期的表达量(P<0.05),但雌、雄虫间的表达量差异不显著。组织表达模式结果表明,GmolOR20主要在成虫触角中高丰度表达,且雌虫触角中的表达量极显著高于雄虫触角中的表达量(P<0.01);GmolOR20在不同日龄成虫的触角中均有表达,且在1和3日龄成虫触角中的表达水平显著高于其他日龄(P<0.05)。【结论】根据GmolOR20基因的表达谱分析结果,推测GmolOR20可能参与梨小食心虫对植物挥发物和性信息素的识别。     

RNAi技术在中国昆虫学研究中的发展、应用与展望

RNAi现象从其原理揭示至今已有20余年的历史,我国昆虫学家利用RNAi技术在褐飞虱Nilaparvata lugens、飞蝗Locusta migratoria、豌豆蚜Acyrthosiphon pisum、烟粉虱Bemisia tabaci、甜菜夜蛾Spodopteraexigua、棉铃虫Helicoverpaarmigera等多种昆虫中开展了广泛深入的研究工作,目前已发表的关于昆虫RNAi的论文数量位列世界第二位。我国科学家应用RNAi技术揭示了多个与昆虫重要生物学现象和行为相关的关键基因功能及其分子机制,发展了基于RNAi介导的转基因抗虫作物等多种害虫控制新方法,并探索了不同昆虫中RNAi作用的分子机制。这些研究表明RNAi技术对于中国昆虫学研究的发展起到了重要的推动作用。本文综述了RNAi技术在我国昆虫学研究领域近20年来的发展与应用,并对当前存在的问题及未来发展方向进行了展望,包括靶标基因筛选、RNAi效率评价标准、RNAi技术与传统害虫防治方法的联合应用模式以及昆虫RNAi作用机制等方面,以期更好地推动RNAi技术在我国昆虫学研究和害虫防治领域的发展。     

小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk的功能

【目的】克隆小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk,并分析其在条锈菌侵染小麦过程中的表达特征及初步功能。【方法】基于本实验室已测序的小麦条锈菌基因组序列,利用RT-PCR方法,从小麦条锈菌生理小种CYR32中克隆Pscamk基因的cDNA序列,并利用网络数据库和生物信息学工具预测该基因编码蛋白的基本特征和保守结构;运用qRT-PCR技术分析Pscamk在不同发育及侵染阶段的表达水平,进一步通过钙调素依赖蛋白激酶(CaMK)的免疫抑制剂KN-93处理小麦条锈菌夏孢子,观察其萌发状况。【结果】获得1个1620 bp的小麦条锈菌CaMK基因Pscamk;序列分析发现,Pscamk编码蛋白包含CaMK蛋白的保守结构域,并与小麦杆锈菌该类蛋白序列相似性最高。qRT-PCR分析表明,Pscamk在条锈菌侵染初期过程中的芽管发育、初生菌丝侵染及吸器形成时期呈显著上调表达,且在条锈菌接种6 h时表达量最高,为对照夏孢子的20.74倍。在专一性免疫抑制剂KN-93处理后,随着KN-93施加浓度的增加,条锈菌夏孢子萌发率逐渐降低,当浓度为1.4μmol/L时夏孢子萌发率为8.02%,仅为对照的12%。【讨论】推测Pscamk基因参与了小麦条锈菌夏孢子萌发、芽管发育以及初期侵染结构的形成。本研究为进一步探索条锈菌细胞钙信号传导机理和致病机制奠定了基础。     

桃园捕食性节肢动物群落结构及动态研究

【目的】探讨桃园捕食性节肢动物群落特征、结构组成及动态规律,为桃园害虫防治提供依据。【方法】在西北农林科技大学实验站选择树龄5~6年的桃园为调查对象,系统调查园内节肢动物群落的种类和数量,测定群落的相对丰富度、多样性指数(H')、均匀度指数(E)及优势集中性指数(C)等指标,研究园内捕食性节肢动物群落的变化规律。【结果】桃园捕食性节肢动物群落的多样性指数和均匀度指数表现为高-低-高-低的趋势;群落优势度(B)与优势集中性指数呈现低-高-低趋势。食蚜蝇、蜘蛛、瓢虫、步甲和草蛉是桃园主要捕食性节肢动物亚群落。大灰食蚜蝇Metasyrphus corollae和黑带食蚜蝇Episyrphus balteata是食蚜蝇亚群落的优势种群,5月中旬至6月下旬是其发生高峰期;龟纹瓢虫Propylaea japonica是瓢虫亚群落的优势种群,5月中旬至7月下旬是其发生高峰期,随后数量维持在较低水平;龟纹瓢虫鼎斑变型和锚斑变型是桃园最常见的色斑变型,分别占49.6%和29%;蜘蛛亚群落主要包括皿蛛、蟹蛛和球蛛类群,5月上中旬、8月中下旬和10月中旬是其发生高峰期;步甲亚群落的发生高峰期为5月上旬至6月下旬,随后维持在较低的水平;中华草蛉Chrysoperla sinica为草蛉亚群落的优势种群,6月上旬至8月上旬是其发生高峰期。【结论】桃园捕食性节肢动物主要包括捕食性蜘蛛、食蚜蝇、捕食性瓢虫、步甲和草蛉5个亚群落,不同天敌亚群落的结构特征随着季节和气温的变化而相互演替,共同发挥控制害虫的作用。     

野生华东葡萄脂类相关质体蛋白基因VpPAP1的克隆与表达

该研究以前期获得的葡萄cDNA全长文库为基础,采用RT-PCR技术克隆了中国野生华东葡萄‘白河-35-1’(Vitis pseudoreticulata‘Baihe-35-1’)相关质体蛋白基因,命名为VpPAP1(GenBank登录号JN624817)。序列分析表明,VpPAP1基因cDNA编码区全长为1 034bp,其中5′-UTR和3′-UTR区域分别为26bp和63bp,开放阅读框为945bp,编码314个氨基酸,分子量为34 169.37Da,等电点为7.76。葡萄叶片接种白粉菌[Uncinula necator(Schw.)Burr.]后,运用实时定量PCR技术分析VpPAP1基因的表达模式,结果表明VpPAP1基因受白粉菌诱导表达,在接种后24h达到峰值。该研究为进一步研究中国野生葡萄脂类相关质体蛋白基因的表达及其在葡萄白粉病互作中的功能分析提供了依据。     

5-氨基乙酰丙酸对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响

为探讨5-氨基乙酰丙酸（ALA）对NaCl胁迫下番茄光合特性的调控作用,以‘金鹏一号’番茄幼苗为试材,研究叶面喷施50 mg·L^-1或根施10 mg·L^-1 ALA对100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下番茄幼苗光合及叶绿素荧光参数的影响.结果表明： NaCl胁迫下,番茄幼苗光合气体交换参数（净光合速率P_n、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i、蒸腾速率T_r）及叶绿素荧光参数（实际光化学量子产量F_v′/F_m′、F_m′、PSⅡ反应中心实际光化学效率Φ_PSⅡ、表观光合电子传递效率ETR、光化学淬灭q_P、光化学反应Pc）均显著降低,根施或叶施ALA均可以提高NaCl胁迫下番茄叶片的光合能力,但两种处理方式之间存在一定差异.叶面喷施50 mg·L^-1ALA或根施10 mg·L^-1ALA处理均显著提高了番茄叶片P_n、T_r、g_s和C_i,提高了水分利用效率（WUE）,显著增加了NaCl胁迫下叶片的最大净光合速率,减轻了光抑制.根施ALA对叶绿素含量的作用效果较好,而叶施ALA对光合参数的作用效果较好,两处理叶绿素荧光参数差异不显著.叶面喷施或根施ALA可以提高番茄幼苗的耐盐性,其调控作用与促进叶绿素合成与稳定、维持正常气孔开闭、降低气孔限制,进而提高NaCl胁迫下番茄叶片的光合能力和PSⅡ光化学效率有关.
     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

基因修饰技术研究进展

基因修饰技术是用于基因组定点改造的分子工具,目前主要有锌指核酸酶(ZFN)技术、转录激活子样效应物核酸酶(TALEN)技术和CRISPR-Cas核酸酶(CRISPR-Cas)技术。这些核酸酶都可以在DNA靶位点产生双链断裂(DSB),诱发细胞内源性的修复机制,激活体内非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)两种不同的修复机制,从而实现内源基因的敲除或外源基因的定点敲入。近年来,基因修饰技术已成功应用到细菌、酵母、人类细胞、果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、家畜、食蟹猴、拟南芥、水稻、烟草、玉米、高粱、小麦和大麦等多种生物,显示了其强大的基因编辑优势。特别是新近出现的CRISPR-Cas9技术,降低了成本,使基因编辑变得简洁、高效和易于操作,得到了很多研究人员的关注。本文系统介绍了以上3种技术的原理及最新研究进展,并对未来的研究和应用做出了展望。