中国库蚊属四十个种(亚种)的分子系统发育关系研究(双翅目:蚊科)

【目的】对在中国有分布的库蚊属Culex种(亚种)的COⅠ序列和ITS2序列进行测序,构建和讨论这些种(亚种)的分子系统发育关系。【方法】测定了库蚊属20个种(亚种)的COⅠ和ITS2序列,并从NCBI数据库中下载了库蚊属另外20个种(亚种)的COⅠ和3个种(亚种)的ITS2序列。对库蚊属40个种(亚种)的COⅠ序列和其中23个种(亚种)的ITS2序列进行碱基构成、种间遗传距离和饱和度分析,并对COⅠ+ITS2序列进行ILD(incongruence length difference)检验。分别使用2种分子数据集(COⅠ和ITS2)的核苷酸序列,用最大似然法(ML)、贝叶斯法(BI)、邻接法(NJ)和最大简约法(MP)推断这些种的系统发育关系。通过Kishino-Hasegawa(KH)和ShimodairaHasegawa(SH)检验评估这4种系统树间的差异,确定最为合理的系统发育树。【结果】本研究新测序获得20种(亚种)的COⅠ和ITS2序列的长度范围分别为625~685 bp和300~559 bp。COⅠ和ITS2序列在库蚊属成对蚊种间的遗传距离分别是0.002~0.198和0.006~1.807。库蚊属23个种(亚种)的COⅠ+ITS2序列的ILD检验结果显示,数据集具有不相容性,因此COⅠ+ITS2序列不适用于这些种(亚种)的系统发育研究。经KH和SH检验显示,4种系统发育树中,基于COⅠ序列构建的BI树最为合理,而基于ITS2序列构建的MP树最为合理。基于COⅠ核苷酸序列所构建的BI树显示,除幼小库蚊Cx.infantulus和短须库蚊Cx.brevipalpis外,各亚属间成员聚类结果与传统的形态学归类结果吻合;路蚊亚属Lutiza和包蚊亚属Barraudius都归入库蚊亚属Culex内;梅蚊亚属Maillotia和新库蚊亚属Nexoculex聚为一支;库状蚊亚属Culiciomyia、真黑蚊亚属Eumelanomyia和簇角蚊亚属Lophoceramyia均显示为单系。基于ITS2序列所构建的MP树显示,各亚属间和种(亚种)间关系混乱。【结论】重建的分子系统发育树表明库蚊亚属不是一个单系群。在重建库蚊属系统发育关系时,相较于ITS2和COⅠ+ITS2,COⅠ是更为理想的分子标记。本研究构建的分子系统发育关系为中国库蚊属中各亚属和各种(亚种)之间的亲缘关系的研究奠定了基础。     

中华按蚊气味结合蛋白AsinOBP1与避蚊胺(DEET)的结合特性分析

【目的】研究中华按蚊Anopheles sinensis气味结合蛋白1(Asin OBP1)与避蚊胺(N,N-diethylm-toluamide,DEET)的结合特性,并与埃及伊蚊Aedes aegypti Aaeg OBP1、致倦库蚊Culex quinquefasciatus Cqui OBP1进行比较,分析与DEET互作的关键氨基酸残基。【方法】利用原核表达载体进行目的蛋白Asin OBP1的原核表达及纯化。以N-苯基-1-萘胺(N-phenyl-1-naphthylamine,1-NPN)作为荧光探针,通过荧光竞争结合实验对Asin OBP1与DEET的结合特性进行分析,并比较Asin OBP1,Aaeg OBP1和Cqui OBP1与DEET的结合能力,通过分子对接鉴定其与DEET互作的氨基酸残基。【结果】Asin OBP1能与DEET结合,解离常数为29.55μmol/L。在相同实验条件下,Cqui OBP1和Aaeg OBP1都能结合DEET,解离常数分别为17.15和12.81μmol/L。与Aaeg OBP1和Cqui OBP1相比,Asin OBP1结合DEET的能力最弱,Aaeg OBP1最强。分子对接显示,DEET分子结合在Asin OBP1二聚体靠近交界面的结合口袋边缘,结合口袋由α4,α5和α6上的氨基酸残基Leu-92,Leu-95,His-96,Leu-99,Ala-107,Met-108,Met-110,Gly-110,Cys-114,Leu-115,Trp-133,Met-108',Lys-112'和Leu-115'组成。比较分析发现3个蛋白中与DEET甲苯基团形成疏水性作用的氨基酸残基、与DEET羰基氧形成氢键的氨基酸残基是相同的,但与DEET二乙基侧链形成疏水性作用的氨基酸残基中,有一个位置存在差异,Aaeg OBP1是Leu,而Asin OBP1和Cqui OBP1是Met残基。Leu的疏水性强于Met,可能是Aaeg OBP1与DEET的结合能力较强的原因之一。【结论】Asin OBP1能够结合DEET,不同蚊虫气味结合蛋白1与DEET的亲和力存在差异,进一步探索这些差异形成的原因对于阐明气味结合蛋白与DEET互作的模式具有重要的参考价值。     

林氏按蚊线粒体全基因组序列的测定及基于线粒体基因组的按蚊属系统发育分析(英文)

【目的】对林氏按蚊Anopheles lindesayi完整的线粒体基因组进行测序及分析,依据已知的线粒体基因组构建并讨论按蚊属蚊虫的分子系统发育关系。【方法】对林氏按蚊线粒体基因组进行测序、注释,并对其基本特征和基本组成进行分析。基于串联的13个蛋白质编码基因的核苷酸序列和氨基酸序列,用ML法和贝叶斯法构建林氏按蚊和按蚊属其他32种蚊虫的系统发育树,据此探讨按蚊属蚊虫的系统发育关系和系统分类。【结果】林氏按蚊线粒体基因组全长为15 366 bp,包含13个蛋白质编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和一段控制区。林氏按蚊线粒体基因组呈现明显的AT偏斜和GC偏斜,AT偏斜为正,GC偏斜为负。除了COX1使用TCG和ND5使用GTG作为起始密码子以外,其他蛋白质编码基因的起始密码子均遵循ATN原则;终止密码子为TAA或者T。除了tRNA^Ser(AGN)以外,其他的tRNA基因均呈现典型的三叶草二级结构。控制区AT含量最高,为94.54%。滑窗分析显示蛋白质编码基因是用于构建亚属或属水平系统发育关系的最佳分子标记。系统发育树强烈支持塞蚊亚属Cellia、按蚊亚属Anopheles、徕蚊亚属Nyssorhynchus和柯特蚊亚属Kerteszia均为单系群。小五斑按蚊An. atroparvus和四斑按蚊An. quadrimaculatus A这两个种聚到一起,从传统的形态分类上讲,它们和林氏按蚊均属于按蚊亚属按蚊系蚊虫。但本研究构建的4个系统发育树均显示,(小五斑按蚊An. atroparvus+四斑按蚊An. quadrimaculatus A)和林氏按蚊被属于迈蚊系的中华按蚊分开,这为两个系的分类提供了新的论点。【结论】本研究获得了林氏按蚊的完整的线粒体基因组,探析了按蚊属的线粒体基因组特征和系统发育关系,为进一步研究蚊科线粒体基因组和系统发育关系提供了依据。     

中华按蚊OCT家族基因的多样性及序列特征

【目的】在全基因组水平鉴定、分类和命名中华按蚊Anopheles sinensis有机阳离子转运体(organic cation transporter, OCT)家族基因,为昆虫OCT基因提供信息框架。【方法】从NCBI, VectorBase和EMBL数据库下载冈比亚按蚊An. gambiae、黑腹果蝇Drosophila melanogaster和秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans已知的OCT氨基酸序列作为询问序列,基于中华按蚊基因组与转录组测序数据,通过本地Blast搜索鉴定中华按蚊基因组上OCT基因;运用生物信息学方法预测中华按蚊OCT基因的基因结构、Scaffold定位和保守基序等特征,通过最大似然法构建中华按蚊OCT基因的系统发育树。【结果】中华按蚊共有54个OCT家族基因,分属于OCTA, OCTB和OCTC 3个亚家族,分别有33, 15和6个基因。除AsOCTA20和AsOCTB2外,其余OCT基因编码的氨基酸序列均具有MFS_1和Sugar_tr跨膜结构域(transmembrane domain, TMD),大多数OCT氨基酸序列有12个TMD。所有OCT氨基酸序列都有GRK-(PT)-VL, PES-(APVS)和EQFPT-(VI)-RN 3个保守基序,各亚家族还有各自的保守基序。4对基因(AsOCTB4a和AsOCTB4b, AsOCTA10a和AsOCTA10b, AsOCTA19a和AsOCTA19b,以及AsOCTA23a和AsOCTA23b)源自基因重复事件。AsOCTC基因较为原始,AsOCTB基因较为进化,都是明显的单系; AsOCTA基因介于两者之间,进化关系较为复杂。【结论】本研究丰富了中华按蚊基因组数据,为后续中华按蚊OCT基因功能特别是杀虫剂抗性机制方面的功能研究奠定了基础。     

疟疾媒介中华按蚊触角感器的扫描电镜观察

【目的】明确中华按蚊Anopheles sinensis雌成虫与幼虫触角感器的类型、形态和分布。【方法】利用光学显微镜观察中华按蚊成虫与幼虫触角的形态结构,利用扫描电镜观察触角上的感器类型、形态和分布。【结果】中华按蚊雌成虫触角由柄节、梗节和鞭节组成,鞭节有13个亚节。触角上共发现4种类型的感器,分别为毛形感器(锐型和钝型)、刺形感器(大型和小型)、锥形感器(Ⅰ型和Ⅱ型)和腔锥形感器(大型和小型)。雌成虫触角各类感器总计约1 135.67±86.75个,其中毛形感器数量最多(662.00±6.22个),随后是刺形感器(294.67±33.35个)和锥形感器(146.00±42.39个),腔锥形感器数量最少(36.50±5.90个)。毛形感器、刺形感器和锥形感器在鞭节的每个亚节均有分布,而大型腔锥形感器在第9-11亚节没有分布,小型腔锥形感器仅分布于第13节的顶端。幼虫触角的鞭节不分亚节,呈管状,触角末端有一个感觉锥,鞭节上分布有与成虫锥形感器相似的锥形凸起,初步定名为类锥形感器,其数量和大小随幼虫龄期的增长而显著增加,锥体表面的凹槽越来越明显,其功能还需要通过超微结构和电生理等研究进一步确定。【结论】本研究对中华按蚊幼虫和雌成虫触角感器的形态特征、类型、数量及其分布进行了观察和分析,结果为进一步研究中华按蚊感器的生理功能奠定了基础。     

细胞色素P450基因AsCYP6Z2在中华按蚊溴氰菊酯抗性维持中的作用

【目的】探究细胞色素P450基因AsCYP6Z2是否与中华按蚊Anopheles sinensis抗拟除虫菊酯有关。【方法】克隆中华按蚊AsCYP6Z2基因的编码区。采用实时定量PCR(real-time quantitative PCR, qPCR)检测该基因在中华按蚊溴氰菊酯敏感品系(WX-LS)和抗性品系(YN-LR)雌蚊不同发育阶段的表达和在敏感品系雌蛹不同组织中的表达。雌蛹腹部后端分别在25 mg/mL溴氰菊酯溶液和纯丙酮溶液(对照)中体外培养后,采用qPCR检测AsCYP6Z2在溴氰菊酯处理组和丙酮对照组中的表达差异。于化蛹后10 h分别注射dsAsCYP6Z2(RNAi组)和dsEGFP(对照组),采用qPCR检测AsCYP6Z2在RNAi组和对照组中的表达差异;采用生物测定方法测定RNAi组和对照组中雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h内的击倒率及雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h并恢复24 h时的死亡率。通过分子对接预测该基因与溴氰菊酯相互作用的氨基酸残基。【结果】克隆获得了AsCYP6Z2基因(GenBank登录号： MT840336)的编码区,其开放阅读框(ORF)长1 251 bp,编码416个氨基酸,无信号肽和跨膜结构域。发育表达谱表明,AsCYP6Z2基因主要在化蛹30 h至成蚊3 h期间高表达,且抗性品系的基因表达量明显高于敏感品系的;组织表达谱显示该基因在腹部后端的表达量较高,其次是在腹部前端和胸部,在头部的表达量最低。雌蛹腹部后端在25 mg/mL溴氰菊酯溶液中培养12 h和24 h后,处理组中AsCYP6Z2的表达量相比于对照组(纯丙酮培养组)分别上调4倍和13倍。RNAi干扰AsCYP6Z2后,RNAi组中AsCYP6Z2基因的表达量相较于对照组(dsEGFP注射组)下调了约80%。雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h后,RNAi组中的个体比对照组中的约提前20 min出现明显的击倒现象,且击倒率明显高于对照组;雌成蚊接触0.05%溴氰菊酯药膜1 h并恢复24 h后,RNAi组中的个体死亡率相比对照组增加了17%, 表明沉默AsCYP6Z2基因导致蚊虫对溴氰菊酯的敏感度显著增加。溴氰菊酯与AsCYP6Z2预测蛋白的分子对接研究结果显示,溴氰菊酯可以进入AsCYP6Z2蛋白的结合口袋,并且与Cys-155形成Pi-硫相互作用以及产生较稳定的氢键,侧链也可与AsCYP6Z2的Ala-165, Val-72, Leu-76, Leu-82和Ala-24等氨基酸残基形成稳定的疏水相互作用网络。【结论】研究结果表明AsCYP6Z2基因参与中华按蚊溴氰菊酯抗性表型的维持,这为进一步探究该基因在拟除虫菊酯类杀虫剂代谢过程中的分子机理奠定了前期基础。     

中华按蚊气味结合蛋白基因AsinOBP1的克隆和表达分析

【目的】蚊虫的行为在很大程度上依赖于嗅觉系统, 例如寻找宿主和产卵场所等。中华按蚊Anopheles sinensis是我国最重要的传疟媒介之一, 但有关中华按蚊嗅觉信号传递过程的研究甚少。本研究旨在克隆和表达分析中华按蚊的气味结合蛋白（odorant binding proteins, OBPs）基因, 为进一步研究中华按蚊嗅觉传递的分子机制奠定基础。【方法】通过分析中华按蚊的转录组数据克隆气味结合蛋白基因, 采用RT-PCR和实时定量PCR技术分析该基因在成虫不同组织和在吸血前后的表达模式。【结果】克隆到一个气味结合蛋白基因, 命名为AsinOBP1 (GenBank登录号为KJ958382)。AsinOBP1基因开放阅读框长435 bp, 编码144个氨基酸, 具有典型的6个半胱氨酸位点。RT-PCR组织表达谱分析发现, AsinOBP1在检测的所有成虫触角、下颚须、喙和头部组织中都有表达, 而在足和去掉头部以外的躯体组织中不表达。定量分析发现AsinOBP1在雌蚊触角中的表达水平最高, 吸食血液后, AsinOBP1的表达水平显著下降; 仅用小鼠气味处理后, AsinOBP1的表达水平也显著下降。【结论】研究结果说明AsinOBP1可能是嗅觉组织特异性表达的基因, 与雌蚊寻找宿主等行为有关, 其功能还需深入研究。     

中华按蚊血红素加氧酶基因AsHO-1的鉴定及其在血餐后虫体中的表达动态

【目的】雌蚊需要吸食血液以完成营养生殖循环,血液蛋白的消化会释放大量的游离血红素。血红素是促氧化剂,必须严格调控血红素的动态平衡。血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)在血红素的动态平衡调控中起着关键的作用,但不同昆虫HO代谢血红素的途径有差异。本研究旨在鉴定和表达分析中华按蚊Anopheles sinensis的HO-1基因,研究HO-1和血红素在血餐后的动态变化过程,为进一步研究中华按蚊血红素的动态平衡调控机制奠定基础。【方法】通过分析中华按蚊的转录组数据鉴定HO-1基因,采用实时定量PCR技术分析该基因在不同组织和在取食血液、葡萄糖前后的表达谱,并测定取食血液后中肠中不同时间的血红素浓度。【结果】鉴定到中华按蚊血红素加氧酶1基因,命名为As HO-1(Gen Bank登录号为KP994552)。As HO-1开放阅读框长729 bp,编码242个氨基酸。定量PCR表达分析发现,As HO-1在幼虫和成虫的中肠和中肠外组织(仅去掉中肠的虫体)中都有表达,中肠外组织中的表达水平显著高于中肠中的表达水平。As HO-1在吸食血液后的中肠中上调明显,而在中肠外组织中的表达变化较小。吸食葡萄糖后,中肠中As HO-1在6-12 h表达上升,最高上升了4.2倍,而在吸食血液后As HO-1在12-24 h表达上升,最高上升了11.67倍。中肠中的血红素含量在吸食血液后的3 h即开始迅速上升,6 h达到最高,18 h开始下降。【结论】研究结果说明As HO-1在血餐后表达水平显著上调,有可能与血红素的动态调节有关,但有待进一步验证。除中肠外,As HO-1基因还在幼虫期和在成蚊的中肠外组织中高表达,说明As HO-1基因还可能参与中华按蚊的其他多种生理过程。     

中华按蚊电转化显微注射技术平台的构建及其在基因瞬时过表达中的应用

【目的】构建在中华按蚊 Anopheles sinensis 中的电转化显微注射技术平台,并利用该技术平台实现活体基因瞬时过表达对其进行验证,为开展系统的基因功能研究奠定基础。【方法】以CUY21EDIT Ⅱ电转仪为主体构建中华按蚊中的电转化显微注射技术平台;使用同源重组法构建 EGFP 和 Bm-iAANAT 基因的瞬时过表达质粒,在中华按蚊化蛹3 h时注射该质粒进入蛹体,随即使用电转仪对注射后的蛹进行电击,待注射个体发育至化蛹39 h时,利用体视荧光显微镜观察蛹体表皮着色和发光情况,并通过荧光定量PCR检测 EGFP 和 Bm-iAANAT 的表达。【结果】构建了用于显微注射的 PIZ-modi-Aepub-EGFP-SV 40和 PIZ-modi-Aepub-AANAT- T2A-EGFP-SV 40过表达载体。 PIZ-modi-Aepub-EGFP-SV 40注射组中华按蚊在化蛹39 h时约87.5%的个体成活并正常黑化,这其中约92.7%的个体的表皮检测到明显的绿色荧光,注射无启动子载体 PIZ-modi-EGFP-SV 40并进行电击的阴性对照组和注射过表达载体 PIZ-modi-Aepub-EGFP-SV 40但未进行电击的阳性对照组个体则没有明显的绿色荧光;并且荧光定量PCR结果显示,注射组中发光个体的 EGFP 基因明显高表达。 PIZ-modi-Aepub-AANAT-T 2 A-EGFP-SV 40注射组的蛹在化蛹39 h时有80.4%个体存活,这其中92.2%的个体相对于注射无启动子载体 PIZ-modi-AANAT- T2A -EGFP-SV 40的阴性对照组和注射过表达载体 PIZ-modi-Aepub-AANAT- T2A -EGFP-SV 40但未进行电击的阳性对照组个体黑化明显受阻,且有明显的绿色荧光;并且荧光定量PCR结果显示,报告基因 Bm-iAANAT 和 EGFP 的表达明显提高。【结论】成功构建了在中华按蚊中的电转化显微注射技术平台;通过此技术平台能够便捷、快速和高效地实现报告基因在活蛹中的瞬时过表达,并产生了目的表型。这为中华按蚊功能基因组研究奠定了基础。     

云南中华按蚊的遗传变异和种群结构

为了掌握云南省各地中华按蚊种群间的遗传变异和种群结构特征,测序并分析了采自云南9个样本点5个种群组的89头中华按蚊的线粒体COII基因。结果表明这些中华按蚊种群的COII基因序列平均单倍型多样性指数和核苷酸多样性指数分别为h=0.933,π=0.00406,共有51个变异位点,占分析的739个碱基总数的6.9%;定义了39个单倍型,有2个频率最高的单倍型H1和H9,分别占个体序列数的20.2%和12.4%;系统发育分析表明单倍型与地理位置没有明显的对应关系,单倍型网络图显示大部分单倍型分布没有明显的亲缘地理格局,主要以单倍型H1、H9、H4、H33和H2为中心呈星状分布,但元江和元阳构成的种群组(YU)单倍型存在明显地域分布特征;AMOVA结果表明种群组间遗传变异为12.58%,达到显著水平(P=0.04888),地理种群组间具有明显种群遗传结构。不同地区两两种群组间的Fst值和Nm值显示大部分种群组间存在基因交流,没有形成明显的遗传分化,但YU种群组和其他种群组间缺乏明显的基因交流,这主要是因为哀牢山的阻隔,使云南东西部形成两种不同的气候,产生了明显的遗传分化;歧点分布图显示为明显单峰分布,中性检测结果均为显著负值,说明云南省的中华按蚊种群在近期经历过复杂的种群扩张事件。掌握中华按蚊遗传多样性及分化特征,对中华按蚊及疟疾控制具有重要的作用。