西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

西伯利亚蝗抗菌肽基因的克隆及表达特性研究

[目的]扩增西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus抗菌肽(attacin)基因,并对其进行生物信息学分析,同时分析西伯利亚蝗不同组织中抗菌肽基因的差异表达.[方法]基于RACE技术从西伯利亚蝗中克隆得到抗菌肽,利用生物信息学软件对西伯利亚蝗抗菌肽的一级结构、二级结构、三级结构、系统进化和亚细胞定位进行分析.采用实时荧光定量PCR技术检测了西伯利亚蝗抗菌肽基因在马氏管、中肠、后肠、脂肪体和唾液腺中的相对表达量.[结果]克隆获得的抗菌肽基因的开放阅读框为282 bp,编码93个氨基酸,其编码蛋白预测理论分子量为9.98 ku,等电点为9.26.抗菌肽氨基酸序列中存在信号肽序列.基因定量分析显示,抗菌肽基因在西伯利亚蝗的中肠中表达量最高.[结论]attacin在西伯利亚蝗成虫不同组织中差异表达,提示其消化道在防御病原微生物的入侵中起着重要的作用.     

蝗虫微孢子虫Nosema locustae对红胫戟纹蝗Dociostaurus kraussi kraussi致病性及呼吸代谢的影响

【目的】研究蝗虫微孢子虫Nosema locustae对红胫戟纹蝗Dociostaurus kraussi kraussi致病性及呼吸代谢的影响,为筛选蝗虫微孢子虫适宜的新疆本地的活体增殖寄主提供实验依据。【方法】采用逐头口服法感染红胫戟纹蝗,以镜检法检测蝗虫感染情况,并用呼吸仪测量试虫的呼吸代谢。【结果】在6.5×105个孢子/头的感染剂量下,红胫戟纹蝗的感染率和死亡率分别为41.70%和72.22%。蝗虫微孢子虫的感染剂量与其毒力高度相关(r2=0.961),LD50为1.7088×104个孢子/头;随孢子浓度增加和感染时间延长,试虫的CO2释放率显著降低(P<0.05),但耗氧率没有显著变化。【结论】红胫戟纹蝗被微孢子虫感染后表现出典型症状,高剂量组感染下死亡率达到70%以上,由此推断红胫戟纹蝗可作为微孢子虫在新疆本地的潜在增殖寄主。     

短时高温暴露下东亚飞蝗雌虫血淋巴蛋白表达分析及质谱鉴定

为研究短时高温对东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis Meyen血淋巴蛋白的影响,采用Bradford法、SDSPAGE电泳和质谱等方法,对东亚飞蝗雌虫血淋巴样品进行检测。结果表明:短时高温对血淋巴蛋白含量有显著影响(P0.01),36℃-42℃范围内,随温度升高,血淋巴蛋白浓度亦升高,其中39℃、42℃处理组与对照组差异显著(P0.01);短时高温对血淋巴蛋白种类存在一定影响,对照组雌虫血淋巴中存在11种蛋白,高温处理后,4种蛋白含量逐渐增加,6种蛋白含量没有明显变化,1种蛋白消失;经质谱检测,鉴定了5种蛋白,分别为载脂蛋白前体、酚氧化酶原、2个储存蛋白和19 kDa血淋巴蛋白,另外6条蛋白未被鉴定。推测载脂蛋白前体、酚氧化酶原、储存蛋白在东亚飞蝗应对高温胁迫过程中发挥重要作用。     

温度对意大利蝗呼吸代谢的影响

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus L.是新疆荒漠、半荒漠草原的主要危害种类,前期研究表明其发生与新疆气候变暖显著相关,本研究进一步探讨气候变暖条件下意大利蝗的呼吸代谢适应机制。【方法】应用多通道昆虫呼吸仪测定了15, 20, 25, 30和35℃不同温度条件下意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率、Q₁₀(每升高10℃呼吸率的变化幅度)及呼吸商并分析其变化特征。【结果】15℃时意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率均显著低于其他温度（P<0.01）, 35℃时3项指标值显著高于其他温度（P<0.01）,表明低于15℃和高于35℃的温度条件都对意大利蝗的呼吸代谢产生明显影响;在20~30℃之间,意大利蝗的呼吸率、代谢率及CO2释放率变化幅度小且平稳,差异均不显著（P>0.01）,表明该温度范围是意大利蝗生长发育的适宜温度条件。不同温度下意大利蝗呼吸率的Q₁₀值显示, 20~30℃温度范围内的 Q₁₀值最小,为1.03, 15~25℃的Q10值为1.43, 25~35℃的Q10值最大,为2.42,说明意大利蝗的呼吸代谢活动对温度变化敏感,并表明20~30℃是意大利蝗生长发育的适宜范围。各温度条件下意大利蝗呼吸商的差异不显著（P>0.01）,平均为0.9450,判断意大利蝗呼吸代谢消耗的底物主要为糖类物质。【结论】意大利蝗生长发育的适宜温度范围是20~30℃,预示着在气候持续变暖背景下,意大利蝗仍将是新疆草原最重要的生物灾害之一。     

意大利蝗卵发育过程中血蓝蛋白基因表达分析

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus是新疆草原的主要优势危害种,以卵在土壤中越冬。呼吸代谢可反映蝗卵的生理状态,呼吸蛋白对于呼吸系统不完善的蝗卵尤为重要。本研究旨在明确意大利蝗卵发育过程中血蓝蛋白基因的表达情况。【方法】采用实时荧光定量PCR方法检测不同发育阶段的蝗卵以及1龄蝗蝻的血蓝蛋白2个亚基基因Hc1和Hc2的表达量。【结果】根据解剖形态观察,将意大利蝗越冬卵的整个发育过程分为10个阶段,包括9个卵发育阶段(C-Ⅰ-C-Ⅹ)和1龄蝗蝻阶段(C-Ⅹ)。Hc1和Hc2在越冬蝗卵各发育阶段以及1龄蝗蝻中均有表达。其中,在蝗卵早期发育阶段(C-Ⅰ, C-Ⅱ和C-Ⅲ),Hc1表达量逐渐增加,C-Ⅲ阶段表达量显著高于C-Ⅰ和C-Ⅱ阶段;滞育阶段(C-Ⅳ, C-Ⅴ和C-Ⅵ),胚胎发育停滞,Hc1表达量较C-Ⅲ,C-Ⅶ和C-Ⅷ阶段低;滞育后发育阶段(C-Ⅶ和C-Ⅷ),蝗卵解除滞育,快速发育,Hc1表达量较早期发育阶段和滞育阶段高,其中,C-Ⅷ阶段Hc1表达量最高(212.3156±10.5470),显著高于其他所有阶段;1龄蝗蝻(C-Ⅹ)的Hc1表达量最低,为0.4017±0.1010。Hc2表达量在C-Ⅴ阶段最高(679.7511±54.5719),显著高于其他所有阶段;除C-Ⅴ阶段外,其他各阶段之间Hc2表达量差异均不显著。Hc1在蝗卵滞育后阶段高表达,而Hc2在蝗卵滞育阶段高表达。【结论】血蓝蛋白亚基基因Hc1和Hc2在整个意大利蝗卵发育过程均有表达,且具有阶段特异性。Hc1与Hc2协同作用为蝗卵发育供氧,其中,Hc1主要负责蝗卵滞育后发育期间的氧气运载,而Hc2主要维持滞育期间的氧气运载,且载氧效率较低。研究结果可为进一步探讨意大利蝗卵的抗逆机制提供科学依据。