计算机虚拟筛选技术在害虫行为调节剂研究中的应用

害虫行为调节剂是一种以嗅觉系统为靶标的绿色农药,在害虫的田间管理中发挥着重要的作用。然而,其先导化合物的发现通常依赖一系列生物测定的方法,不仅费时费力,且发现效率低。近年来,随着昆虫嗅觉功能数据的积累和结构生物学的飞速发展,以机器学习技术和分子对接为代表的2种基于计算机的药物虚拟筛选方法在害虫行为调节剂的先导化合物研究中发挥着重要的作用,极大地促进了先导化合物的发现效率,减少了筛选的盲目性。本文系统综述了2种虚拟筛选方法及其在害虫行为调节剂先导化合物研究中的应用,并对2种筛选策略在实际应用中存在的问题及应用前景进行了讨论。     

利用图像识别技术计算薇甘菊锈病的相对病斑面积

【目的】为了定量评估薇甘菊柄锈菌对薇甘菊的防控效果,研发一种基于图像识别技术的高效、准确的薇甘菊叶片相对病斑面积的计算方法。【方法】利用图像识别、网格法、复印称重法3种相对面积的计算方法,分别计算薇甘菊感染柄锈菌后的相对病斑面积,并结合以手动分割的结果作为标准,计算各方法的绝对准确率和绝对误差并作为评价指标,最终对3种相对病斑面积的计算方法开展系统、科学的评估。【结果】与网格法、复印称重法相比,基于超绿和超红算法分割病斑的图像识别方法能够准确、快速地计算出薇甘菊锈病病斑的相对面积,其绝准确率均值达到98%以上,绝对误差率均值仅有1.81%,处理一张4608×3456像素彩色图像只需要45.77 s。【结论】与传统的病斑面积计算方法相比,图像识别技术能够准确、快速地将病斑区域与健康区域分割,并准确地计算相对病斑面积。     

苹果蠹蛾气味结合蛋白基因CpomOBP20的克隆及表达分析

[目的] 通过克隆苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因cDNA序列,分析其序列特征和表达谱,旨在更好地了解OBP基因在苹果蠹蛾生命活动过程中的作用,为该害虫的绿色防控提供理论支撑。[方法] 采用RT-PCR法扩增苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因cDNA序列,并使用生物信息学软件对其核苷酸和氨基酸序列进行分析;基于qPCR技术分析CpomOBP20基因在苹果蠹蛾4龄幼虫不同组织(头、血淋巴、表皮、脂肪体、中肠、马氏管和唾液腺)以及雌雄成虫不同末端组织(头、触角、下唇须、喙、足和翅)中的表达情况,利用分子对接研究了CpomOBP20与3种保幼激素的结合能力。[结果] 苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因的开放阅读框长459 bp,共编码152个氨基酸,等电点为6.30,蛋白分子质量为16.264 ku,N末端具有20个氨基酸组成的信号肽序列,蛋白质序列中具有6个保守的半胱氨酸残基,属于Classical OBP。序列分析表明,CpomOBP20的氨基酸序列与小菜蛾OBP (XP_011557123.1)的一致性最高,在亲缘关系上更加接近。qPCR结果表明,CpomOBP20基因在苹果蠹蛾4龄幼虫以及雌雄成虫不同组织中均有表达,其中在4龄幼虫的血淋巴中表达量最高,在雌雄成虫表达量最高的分别是翅和足,其次是头部。分子对接结果表明,CpomOBP20与3种保幼激素均具有较好的结合能力,可能参与保幼激素的结合与转运。[结论] 本研究明确了CpomOBP20的核苷酸和氨基酸序列的组成及编码蛋白的理化性质,并推测CpomOBP20的作用可能不仅局限于嗅觉识别,在非嗅觉器官中也可能起着重要的生理作用,为今后更深入地探究气味结合蛋白在苹果蠹蛾生命活动中的作用机理提供数据支撑。     

我国脑科学研究战略部署及发展情况浅析

脑科学研究对于人类不断认识自身与世界有着重要意义,近年来主要发达国家纷纷制订脑科学研究规划,加大对脑科学研究的投入,力图占领这一领域的研究制高点,并推动相关产业的进步。分析了世界脑科学发展的总体态势,介绍了我国脑科学研究的总体部署和突出进展,并探讨了脑科学研究的发展前景。     

昆虫普通气味结合蛋白研究进展

昆虫气味结合蛋白(OBPs)参与昆虫识别环境中气味信息的第一步反应,在调控昆虫生命活动中起着重要的作用。普通气味结合蛋白(GOBPs)主要参与昆虫对寄主植物挥发物或信息素的识别。本文总结了GOBPs基因的分子特征和生理功能,以及GOBPs基因在不同组织、性别和发育阶段的表达特性;针对GOBPs与性信息素结合蛋白(PBPs)在染色体上串联形成的GOBPs/PBPs亚家族基因簇,阐述了GOBPs基因的进化起源、扩增与丢失现象;梳理了昆虫GOBPs基因在虫情监测和害虫防治等方面的应用前景,提出GOBPs基因是未来害虫生物防治的重要靶点。     

利用合成生物学原理提高光合作用效率的研究进展

我国人口增多与耕地面积减少的矛盾日益突出,粮食安全已成为我国国民经济可持续发展的重要保障。光合作用是作物产量形成的物质基础,提高作物光能利用效率是提高作物产量的重要途径之一。本文从光合作用过程中光能高效吸收、传递与转化,光能高效利用和碳同化等三大模块综述了近期科学家利用合成生物学对光合作用改造的最新进展。最后我们对其在农业中的应用前景进行了展望,通过合成生物学原理提高光合作用效率可能将为增加粮食产量提供重要理论支撑和关键生物技术。     

虎纹捕鸟蛛毒素-X的1H-NMR信号归属

虎纹捕鸟蛛毒素-X(huwentoxin-X,HWTX-X)是从虎纹捕鸟蛛(Ornithoctonus huwena)的粗毒中纯化的一种新型N-型电压敏感钙离子通道抑制剂.应用二维1H-NMR技术研究HWTX-X的溶液结构特点,通过分析水和重水中的DQF-COSY、TOCSY和NOESY谱,识别出全部28个氨基酸残基自旋体系;利用NOESY谱中的dαN、dβN、dNN和dαδ联系完成了序列专一的谱峰归属,从而确认了HWTX-X所有的主链质子和大于95%的侧链质子的化学位移,为完全解析HWTX-X的溶液三维结构奠定了基础.     

虎纹捕鸟蛛毒素-X的化学合成及其鉴定

应用芴甲氧羰基（Fmoc）固相方法化学合成了虎纹捕鸟蛛毒素-X（huwentoxin-X,HWTX-X）,并在含5mmol／LGSH和0．5mmol／LGSSG的0．1mol／L Tris-HCl溶液（pH8．0）中氧化复性：复性产物与天然多肽具有相同的分子质量,在反相HPLC上共洗脱,其一维核磁共振谱规则分散,表明合成多肽形成了3对二硫键和稳定的空间结构,并与天然多肽相同：此合成的多肽能专一性抑制大鼠背根神经节细胞上N-型电压敏感钙离子通道．其IC50约40nmol／L. HWTX-X的成功合成和鉴定为进一步研究HWTX-X的结构与功能关系、药理学性质以及新型镇痛药物研发奠定了基础．     

基于入侵植物和蜗牛信息素的非洲大蜗牛新型诱杀剂研究

[目的]非洲大蜗牛是被世界自然保护联盟列入黑名单的一种入侵陆生螺。目前，其主要防治手段是使用化学农药，但化学农药有危害生态环境、威胁生物多样性的副作用。本研究旨在针对化学防治污染生态环境等问题，开发非洲大蜗牛新型植物源诱杀剂。[方法]通过对非洲大蜗牛的诱食、灭杀和诱杀试验测定，对比入侵植物提取物和非洲大蜗牛腹足部腺体中的信息素提取物复配成的诱杀剂对非洲大蜗牛的诱杀效果。[结果]食物诱食试验结果发现，非洲大蜗牛腹足部腺体中的信息素选择比例为40.30%，偏好性明显高于氨基酸、含硫化合物甜菜碱和酵母等。以五爪金龙和薇甘菊2种入侵植物提取物复配成的杀螺剂处理后，在24、48 h时非洲大蜗牛的死亡率分别达到65%、100%。利用信息素为诱剂，结合具有高效毒杀作用的入侵植物(五爪金龙和薇甘菊)粗提物复配成的诱杀剂，引诱率为34.12%，仅次于未复配的信息素(37.45%)，而诱杀率明显优于所选择的市售诱杀药物。[结论]以入侵植物五爪金龙和薇甘菊为杀螺剂原料结合非洲大蜗牛诱食信息素，复配制成的诱杀剂(诱杀率31.76%)见效快、杀灭效果强，并且安全环保，减少了农药对生态环境的危害。