褐飞虱Nl15基因的克隆及功能分析

【目的】植食性刺吸式口器昆虫的唾液蛋白参与调控植物抗虫防御反应,影响其对寄主植物的适应性。本研究旨在通过克隆褐飞虱Nilaparvata lugens重要唾液蛋白基因Nl15,调查其时空表达模式,明确其在褐飞虱致害性中的作用。【方法】基于褐飞虱IR56种群转录组数据,用RT-PCR克隆褐飞虱基因Nl15 cDNA序列,并进行生物信息学分析。利用qPCR检测其在褐飞虱TN1和IR56种群不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和雌成虫不同组织(头、胸、腹和足)中的表达模式。通过显微注射dsRNA对褐飞虱TN1和IR56种群的4龄若虫进行Nl15的RNAi,利用qPCR检测Nl15 RNAi后褐飞虱若虫中Nl15的相对表达量以及Nl15 RNAi后褐飞虱若虫取食3 d时水稻植株中防御相关基因(OsLecRK4, OsMPK10, OsWRKY24, OsLox, OsNPR1和OsGns5)的相对表达量,并生物测定Nl15 RNAi后褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量。【结果】克隆了褐飞虱Nl15 cDNA序列(GenBank登录号：OK181113),其开放阅读框长1 008 bp;预测编码335个氨基酸,理论等电点为7.54,分子量为38.7 kD,含有23个氨基酸的信号肽序列和一个糖基化修饰位点,不存在跨膜结构域和其他已知的功能域;Nl15与灰飞虱Laodelphax striatellus同源蛋白氨基酸序列一致性为45%。发育表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱各个发育阶段均表达,在3-4龄若虫中的表达量最高;组织表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱雌成虫头部中的表达量最高,且在IR56种群头部中的表达量高于在TN1种群头部中的。RNAi实验结果表明,与注射dsGFP的对照组相比,注射dsNl15的处理组中Nl15的表达量显著降低了89.5%,褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量均显著降低,上述6个水稻防御相关基因的表达量显著上调。【结论】褐飞虱IR56种群中的Nl15参与褐飞虱与水稻的防御与反防御分子互作。本研究为进一步阐述褐飞虱克服抗虫基因的机制及揭示昆虫与植物互作的分子网络提供了思路。     

三个褐飞虱寄主种群对氨基酸需求的分化(英文)

取分别在水稻品种TN1 (常用感虫对照 )、Mudgo(含Bph1 )或ASD7(含bph2 )上连续饲养 3 0代以上的3个褐飞虱Nilaparvatalugens寄主种群 ,分别饲养于 2 0种氨基酸总量与配比不同的全纯人工饲料上 ,以羽化率、短翅率、若虫历期以及初羽化成虫体重为指标对不同种群的氨基酸需求进行了比较。发现不同褐飞虱种群随氨基酸营养条件的改变有明显不同的表现 ,其中Mudgo种群最容易受到氨基酸营养条件的影响 ,而TN1种群所受影响最小。抗虫品种ASD7和Mudgo上的两褐飞虱种群所需的最佳氨基酸总浓度 (分别为 4 0 %～ 4 8%、4 0 % )高于TN1种群 (2 4%～ 3 2 % ) ,同时 ,前两种群对必需氨基酸浓度的变化较TN1种群敏感。这些结果表明 ,不同褐飞虱寄主种群对饲料氨基酸的需求存在明显的分化 ,推测氨基酸可能是抗虫水稻品种胁迫褐飞虱致害性变异的一种重要机制。     

水稻褐飞虱内生共生细菌Arsenophonus的鉴定和系统分析

利用16S rDNA通用引物扩增了水稻褐飞虱Nilaparvata lugens（Stål）体内共生细菌的序列,经克隆、测序和NCBI数据库比对,发现褐飞虱体内存在杀雄菌属Arsenophonus类共生细菌,系统发育上与粉虱科和木虱科体内的Arsenophonus属亲源关系较近。在褐飞虱体内该共生细菌具有两种长度不同的16S rDNA序列,分别为1 504 bp和547 bp,其中后者为前者中间缺失了957 bp,其余序列相同。通过重新设计两对引物进行扩增,进一步确认不同褐飞虱地理种群及寄主种群均存在两种片段。Arsenophonus特异的 23S rDNA引物的扩增结果表明,Arsenophonus存在于所有检测的褐飞虱种群中,但不存在于水稻寄主中。荧光定量PCR检测发现3个褐飞虱室内寄主种群Arsenophonus属共生细菌含量不同,其中TN1种群明显高于Mudgo种群和ASD7种群。此为水稻褐飞虱体内存在Arsenophonus属共生细菌的首次报道。     

水稻生育期对褐飞虱和白背飞虱卵巢发育及起飞行为的影响

研究了取食分蘖初期、拔节期和孕穗抽穗期稻株上的褐飞虱和白背飞虱成虫的卵巢发育和起飞情况。其中,水稻生育期对褐飞虱的影响相对较小,不同生育期稻株上试虫的卵巢发育级别羽化后的4d内均无显著差异,羽化后第5天的褐飞虱在孕穗抽穗期卵巢发育最快,分蘖初期最慢,拔节期居中。褐飞虱的起飞率在各个生育期均无显著差异。白背飞虱卵巢发育、起飞率均受水稻生育期的显著影响,在水稻分蘖初期,卵巢发育最快,孕穗抽穗期则卵巢发育最慢,拔节期居中,水稻分蘖初期,起飞率最低,孕穗抽穗期起飞率最高,拔节期居中。结果表明,水稻生育期对两种飞虱卵巢发育和起飞行为的影响明显不同。认为水稻生育期对两种飞虱卵巢发育与起飞行为的不同影响,应是水稻田间白背飞虱发生较早、褐飞虱发生较晚的一个重要原因。     

基于人工神经网络的昆虫鸣声识别

以常见的7种飞虱雄虫求偶鸣声信号的频率峰值作为输入向量,用人工神经网络来识别它们的鸣声,平均识别率达90．6％。人工神经网络可以用于昆虫鸣声识别。     

风洞内粘虫飞翔行为与气流的关系

利用自制的昆虫飞翔实验风洞 ,系统观测了在风洞条件下粘虫在不同流速实验气流中的起飞行为与飞翔行为。结果表明 ,微风能刺激粘虫起飞 ,试虫表现明显的偏爱迎风 (或稍偏一点角度 )起飞的习性 ,飞翔时亦多采取迎风 (或稍偏一点角度 )的姿势。试虫在气流中的实际位移是昆虫飞翔位移与气流位移的矢量和。当气流速度小于 2 m/ s时 ,逆风向位移占多数 ;而气流速度为 3～ 4 m/ s时 ,94 .8%的试虫为顺风向位移。     

转基因抗虫水稻MSA和MSB对非靶标害虫褐飞虱和白背飞虱的影响

本文报道了转SCK+cry1Ac双基因抗虫水稻MSA和MSB对非靶标害虫褐飞虱Nilaparvata lugens 和白背飞虱Sogatella fucifera生物学及田间发生动态的影响。与亲本明恢86相比,MSA对两种飞虱若虫发育历期、初羽化成虫鲜重、羽化率、短翅率、成虫产卵量、卵受精率、单雌子代数及发育进度等生物学指标均无明显影响,而MSB虽然对多数指标影响不明显,但可以引起白背飞虱初羽化雌虫鲜重与短翅率显著下降,还引起褐飞虱初羽化雄虫鲜重明显减轻。在近距离（株间距约 8 cm）寄主选择实验中,褐飞虱对MSA和MSB无明显选择性,而白背飞虱若虫和成虫均明显趋向两种转基因水稻。田间小区实验表明MSB上的稻飞虱（主要为白背飞虱）密度一般低于亲本明恢86,但差异不显著,提示转基因水稻MSB引发非靶标害虫稻飞虱灾变的风险较小。     

五种迁飞蛾类及非迁飞近似种前翅形状的数值分析

以翅面正投影周缘曲率为指标,对五种蛾类迁飞昆虫及与其近似的非迁飞昆虫的前翅翅形进行数值分析。结果表明,二者之间存在可以相互区别的差异：迁飞种类前翅前缘较平直,特别是前缘1/2处到翅尖的平均曲率绝对值显著小于非迁飞种类;而后缘1/2处到翅尖的平均曲率绝对值偏大,即这段后缘较弯曲,向外凸出,使翅外侧较宽阔。这种翅形特征较适合于利用气流进行远距离迁飞     

不同致害性褐飞虱种群的DNA多态性研究

采用RAPD-PCR方法,对分别在水稻品种TN1、Mudgo和ASD7上纯化82代的3个不同致害性褐飞虱种群的基因组DNA多态性进行了分析。从205个RAPD引物中筛选出了具种群特异性的引物10个,结果表明： 尽管未达到统计意义上的显著差异,雌、雄两性试虫种群间的遗传多样性一般高于种群内,种群内的多样性则以未经抗性品种筛选的TN1种群最高。用相似性系数进行类平均距离法聚类,能将同一致害性种群的各个个体与其他致害种群分开,雌、雄虫均无一例外,表明不同致害性种群间存在明显的遗传分化;同时雌、雄两性试虫分别归为2组,提示褐飞虱致害性遗传可能与性染色体连锁。不同致害性种群存在特有条带,有可能用于进一步建立褐飞虱个体致害性检测的分子标记。     

褐飞虱求偶鸣声中有效声段及其特征

对褐飞虱Nilaparvata lugens (Stal) 雌、雄虫播放求偶鸣声信号的不同声段及其组合,结果表明在它们求偶识别过程中,由多个规则连续的声脉冲所组成的声段是有效的。播放不同声脉冲重复频率和主振频率组合的模拟信号,表明褐飞虱雌、雄虫求偶信号的声脉冲重复频率是它们识别异性的敏感声学特征参数,其敏感范围较窄,分别为70～90 Hz和22 Hz左右;而对主振频率的敏感范围较宽,分别为200 ～1 700 Hz和100～300 Hz。