胰岛素受体基因InR调控褐飞虱海藻糖代谢研究

在昆虫中已发现成熟的典型胰岛素信号通路,但是其调控海藻糖代谢途径的机制还未清晰。为探讨胰岛素受体基因在褐飞虱海藻糖代谢平衡及其发育的调控作用,本文采用RNAi技术抑制胰岛素受体(InR)基因的表达,测定处理后海藻糖、糖原和葡萄糖含量及海藻糖酶活变化,并检测InR、类胰岛素多肽(Ilp)、海藻糖代谢途径中关键基因的表达。研究结果表明dsRNA注射后能够显著抑制Ilp和InR基因的表达;InR1低表达后72 h能够显著抑制3种糖类物质的含量;InR表达抑制后72 h可溶性海藻糖酶活性上升,而膜结合型海藻糖酶活性下降;当InR表达受抑制后3个海藻糖酶和2个海藻糖合成酶基因的表达都显著下降。这些结果说明InR能够影响海藻糖等糖类物质的平衡。从而为将来通过调控昆虫血糖平衡来控制害虫提供理论依据。     

水稻抗褐飞虱基因研究和利用现状

稻褐飞虱（Nilaparvata lugens Stal）是一种单食性水稻害虫,根据其对水稻品种的危害,可分为生物型1、2、3、4等类型。它对亚洲各国水稻生产造成极大危害。实践证明,利用抗虫品种是防治稻褐飞虱最经济有效的方法。本文综述了稻褐飞虱的生物学特征和分布、生物类型,着重介绍抗稻褐飞虱基因的研究和利用现状,并对今后开展抗稻褐飞虱基因研究提出几点建议。     

褐飞虱过氧化物酶基因NlPOD1的克隆、鉴定及功能分析

【目的】探明褐飞虱Nilaparvata lugens过氧化物酶基因NlPOD1的分子特性、表达模式和生物学功能。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用PCR技术克隆获得NlPOD1基因全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其序列特征;通过qRT-PCR技术检测NlPOD1在褐飞虱不同发育时期(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)和5龄若虫不同组织(头部、脂肪体、血淋巴和肠道)中的表达水平,以及不同微生物(大肠杆菌Escherichia coli、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae)（1×10⁷/mL）注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式;利用RNAi技术沉默褐飞虱 5 龄若虫NlPOD1基因,并通过生物测定分析NlPOD1基因沉默和接种金龟子绿僵菌(1×108/mL)后褐飞虱的存活率及致死中时(LT₅₀)。【结果】获得褐飞虱NlPOD1全长 cDNA 序列(GenBank登录号: MZ682107),其开放阅读框长2 049 bp,编码682个氨基酸,含有一个典型的动物亚铁血红素过氧化物酶结构域(An_peroxidasedomain),且N端包含一段由29个氨基酸残基组成的信号肽。系统发育分析表明,NlPOD1与半翅目其他昆虫的POD亲缘关系较近,其中与茶翅蝽Halyomorpha halys POD亲缘关系最近。发育表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱不同发育阶段均有表达,其中卵期表达量最低,5龄若虫中表达量最高;组织表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱5龄若虫不同组织中均有表达,且肠道和血淋巴中的表达量显著高于头部和脂肪体中的;微生物诱导表达模式表明,与注射PBS的对照组相比,大肠杆菌诱导48 h内各时间点NlPOD1在褐飞虱5龄若虫中的表达量显著上调,而在金黄色葡萄球菌和金龟子绿僵菌诱导下,NlPOD1表达量均呈现先上调后回稳的态势。RNAi分析结果显示,显微注射dsNlPOD1可显著抑制NlPOD1的表达水平。通过RNAi抑制NlPOD1表达后褐飞虱5龄若虫存活率不变,但注射dsNlPOD1联合金龟子绿僵菌感染对褐飞虱5龄若虫的LT₅₀(4.5 d)显著低于注射dsGFP联合金龟子绿僵菌感染的对照组的LT₅₀(5.4 d),说明沉默NlPOD1后褐飞虱对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力显著降低。【结论】NlPOD1在褐飞虱病原防御过程中发挥重要作用,可作为开发RNAi和病原真菌联合介导的褐飞虱防治技术中的一个潜在靶标。     

褐飞虱的交配行为及与保幼激素滴度的关系

受5龄末期和羽化初期较高保幼激素滴度的影响,褐飞虱Nilaparvata lugens(Stal)短翅型成虫性成熟比长翅型成虫早40～50h。5日龄前短翅型雌成虫的交配成功率较高,雄成虫的交配竞争能力较强;1、2日龄的长翅型雌成虫不交配,5日龄后长翅型成虫的交配能力渐渐超过短翅型成虫。实验种群的交配持续时间为(70.38±41.77)s;交配成功率为51.63%;雌、雄虫均可重复交配。一日中0～4h和10～14h交配成功率较高。     

褐飞虱自噬相关基因NlATG13的表达与功能分析

【目的】自噬参与多种细胞生理过程,自噬相关蛋白ATG13是ATG1/13复合物的组成部分, 在启动自噬中发挥着重要作用。本研究旨在分析ATG13在褐飞虱Nilaparvata lugens中发挥的功能,评估其作为害虫防治靶标的潜力。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用RACE克隆褐飞虱NlATG13的cDNA全长序列;应用生物信息学技术分析NlATG13的核苷酸和氨基酸序列特征。利用RT-qPCR检测其在褐飞虱不同发育阶段(1-5龄若虫和雌雄成虫)和不同组织(5龄若虫头、胸、中肠和脂肪体以及刚羽化雌成虫的卵巢)中的表达模式。通过显微注射dsNlATG13至3龄若虫进行RNAi敲减NlATG13的表达,探究其对褐飞虱生存和中肠细胞自噬的影响;利用RT-qPCR检测RNAi 4 d时3龄若虫中糖原合成与代谢通路相关基因NlGSK3, NlGS和NlGP的表达量。【结果】克隆得到NlATG13的cDNA全长序列(GenBank登录号: MF805752),其开放阅读框长1 203 bp,编码一个含400个氨基酸的蛋白质(GenBank登录号: AWW05678.1)。系统发育分析表明,在纳入分析的物种中,NlATG13蛋白与半翅目温带臭虫Cimex lectularius和茶翅蝽Halyomorpha halys的ATG13蛋白进化关系较为接近。发育表达谱结果表明NlATG13在褐飞虱3和5龄若虫中的表达量显著高于在1-2龄若虫、雌成虫和雄成虫中的; 组织表达谱结果表明NlATG13在5龄若虫头部和脂肪体中的相对表达量较高,在胸部的表达量最低。RNAi结果显示,与dsGFP对照组相比dsNlATG13处理组中褐飞虱中肠细胞中存在明显的糖原颗粒积累,NlGS, NlGSK3和NlGP的表达量均无显著变化,组织ATP含量显著降低;褐飞虱的存活率显著降低,处理第10天时褐飞虱存活率下降到41.4%,而dsGFP对照组的存活率保持在85.6%的较高水平。【结论】 RNA干扰NlATG13基因对褐飞虱的生存和中肠细胞自噬具有显著的抑制效果,NlATG13基因具有作为褐飞虱防治靶标的潜力。     

水稻褐飞虱抗性基因研究进展

随着全球性气候变暖以及稻作区耕作栽培措施的改变,稻褐飞虱已成为严重危害水稻产量的害虫之一.综述当前水稻褐飞虱抗性基因的定位、克隆以及抗性机制的最新研究进展,并对抗褐飞虱水稻育种的利用现状作报道.     

药用野生稻抗褐飞虱基因的RAPD标记研究

以药用野生稻1665(O.officinals)和栽培稻桂99远缘杂交的抗褐飞虱近等基因系B3F4分离群体为材料,利用随机引物对其抗褐飞虱基因进行了RAPD标记研究,获得3个与抗褐飞虱基因表现连锁的RAPD分子标记(S229703、S403783和S11591408)。采用MAPMAKER/EXP.Version 3.0分析,结果表明3个RAPD分子标记与抗褐飞虱基因属于同一连锁群,覆盖大小为18.1cm,标记间平均距离为4.53cm,为下一步水稻抗褐飞虱基因的精确定位和克隆奠定坚实的基础。     

水稻OsLecRK1基因介导的抗褐飞虱功能分析

褐飞虱Nilaparvata lugens St(a)l是对水稻最具破坏性的害虫之一,OsLecRK1是水稻Bph3基因簇中对褐飞虱抗性贡献最大的基因.本文对RHTd(含Bph3)等材料进行了褐飞虱抗性评价,克隆并构建了OsLecRK1过量表达突变体水稻,利用该突变体分析了OsLecRK1基因对褐飞虱若虫存活率、若虫发育历期等生物学参数的影响.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地强于含Bph1基因水稻Mudgo和bph2基因水稻ASD7,RHTd水稻的褐飞虱受害指数仅为Mudgo和ASD7水稻的53.5％和24.1％.过量表达OsLecRK1基因能显著地增加水稻对褐飞虱的驱避性和抗生性,褐飞虱雌成虫偏好于在野生型水稻上产卵;突变体水稻上的褐飞虱若虫存活率显著地降低,仅为野生型水稻上若虫存活率的75.2％ ～81.8％,且若虫发育历期显著地延长,羽化率和初羽化雌成虫体重均显著地降低;此外,褐飞虱在突变体水稻上取食分泌的蜜露量只有野生型上的40.3％ ～ 60.9％,褐飞虱单雌产卵量只为野生型51％ ～61.2％,卵孵化率只有野生型的52.2％～56.7％,均显著地减少.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地高于分别含Bph1、bph2的水稻Mudgo和ASD7;水稻Bph3基因座的OsLecRK1单个基因过量表达即可显著增加水稻对褐飞虱的抗性,OsLecRK1协同影响褐飞虱的多个生物学参数降低褐飞虱的适合度.     

沉默类胰岛素多肽(Ilp)基因对褐飞虱翅和卵巢发育及海藻糖代谢的影响

[目的]类胰岛素多肽(insulin-like peptide,Ilp)位于胰岛素信号通路最上游,其在糖类物质调控中发挥关键作用.本研究则旨在探究Ilp在褐飞虱Nilaparvata lugens海藻糖代谢平衡的调控作用.[方法]以褐飞虱5龄若虫为实验材料,采用RNAi技术干扰Ilps的表达,观察RNAi后褐飞虱的表型...     

褐飞虱体内保幼激素滴度变化及其与翅型分化的关系

用高压液相色谱及放射化学法,分别测定了褐飞虱Nilaparvata lugens 1～5龄若虫体内的保幼激素滴度与保幼激素酯酶活性变化,并用保幼激素类似物(ZR-515)进行体表点滴加以验证。结果表明,褐飞虱雌、雄4龄若虫期及雄虫的5龄若虫初期,短、长翅型间体内保幼激素滴度差异明显,可以认为该阶段是其翅型分化的关键时期。     

褐飞虱成虫体内磁性物质检测

地磁定向是昆虫远距离迁飞定向的重要机制之一.本研究以褐飞虱Nilaparvata lugens长翅型和短翅型成虫为研究对象,利用MPMS-7型号超导量子干涉磁强计(磁场范围为±4.8 mA/m,温度范围为1.9 ～ 400 K)检测虫体内的磁性物质,明确其体内的分布状况.结果表明:褐飞虱长翅型雄成虫整个虫体的温度退磁曲...     

褐飞虱表皮蛋白基因NlICP的克隆及功能研究

表皮蛋白与几丁质结合构成抵御外界不良环境的昆虫角质层, 在昆虫的生长发育及蜕皮硬化中具有重要的作用。为了探讨表皮蛋白基因在褐飞虱Nilaparvata lugens生长发育中的功能, 本研究根据褐飞虱转录组测序信息, 对其中1个预测为编码表皮蛋白的Unigene36450序列进行了克隆, 并应用荧光定量PCR和RNA干扰（RNAi）技术分别对该基因的表达规律和功能进行了研究。结果表明： 克隆的 Unigene36450全长cDNA开放阅读框长585 bp, 编码的蛋白含194个氨基酸, 具有典型的表皮蛋白R&R保守结构域, 命名为NlICP。转录水平的时序表达分析发现, NlICP仅在褐飞虱若虫期表达, 且在3龄若虫体内表达量最高, 提示该基因编码的蛋白属于幼虫表皮蛋白。RNA干扰结果显示, 取食dsNlICP的1龄末2龄初（孵化后第3 天）若虫在干扰6 d和8 d时, NlICP基因的表达量分别较取食dsGFP的对照组下降58.8%和45.6%, 差异极显著(P<0.01); 干扰后部分褐飞虱若虫因蜕皮不完全死亡, 干扰5 d的存活率较对照下降26.7%。本研究结果提示, NlICP与褐飞虱若虫的生长发育及蜕皮相关, 可以作为褐飞虱防治的潜在靶标基因。     

Effects of temperature on fitness costs in chlorpyrifos‐resistant brown planthopper,Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae)

Insecticide resistance is inevitable if an insecticide is widely used to control insect pests. Fortunately, the resistance‐associated fitness costs often give chances to manage resistances. In most cases, the fitness cost in resistant insects is often evaluated under laboratory conditions for insect development, which limits its practical application in pest control in the field. In a laboratory population R9 with 253‐fold resistance to chlorpyrifos after nine‐generation selection with chlorpyrifos, the relative fitness was only 0.206 under laboratory conditions (25°C, humidity 70%–80% and 16 h light/8 h dark photoperiod), when compared to S9, a susceptible counterpart (resistance ratio = 2.25‐fold) from the same origin as R9 but without any selection with insecticides. Temperatures varied the resistance‐associated fitness costs, with enhanced costs at high temperatures and reduced costs at low temperatures, such as 0.174 at 32°C and 0.527 at 18°C. The copulation rate and fecundity were two key factors for the reduced costs at low temperatures. Another finding was that R9 individuals needed much more time to recover from heat shock than that of S9, but R9 and S9 individuals were similarly sensitive to cold shock. The low fitness cost at low temperatures would increase the overwintering population, which might further increase risks of rapid development and widespread distribution of chlorpyrifos resistance in Nilaparvata lugens.     

褐飞虱体内共生菌多样性研究进展

褐飞虱体内存在大量的共生菌,这些共生菌不但具有种类多样性,同时在对寄主的功能上也存在多样性.目前利用分子生物学手段以及高通量测序技术鉴定得到的测序丰度大于0.1％的共生真菌和共生细菌种类分属19和53个不同的属.由于技术的局限性和共生菌难以离体培养的特性,仍有相当部分共生菌分类地位尚未明确.共生菌在褐飞虱的生长、发育、...     

吡虫啉对褐飞虱DNA甲基化多态性的影响

为了探知基因组甲基化是否参与了昆虫抗药性, 本研究在室内对褐飞虱 Nilaparvata lugens连续9个世代的3龄若虫施用吡虫啉, 用AFLP检测褐飞虱抗性产生过程中DNA甲基化多态性的变化。利用25对AFLP引物共获得120个位点, 其中15个位点呈现甲基化多态性, 共获得78条多态性条带。根据多态性条带在不同世代样本中出现的多少计算多态性条带比例, 其中最高比例出现在G5代（10.26%）, 最低比例出现在G6代（1.28%）。多态性条带在不同世代间比例的变化趋势表明, 褐飞虱对吡虫啉的筛选产生快速应答。在筛选早期（G1, G2和G3）世代间DNA甲基化多态性比例差异相对较小, 变化范围在3.85%～6.41%之间; 在筛选中期（G4, G5和G6）世代间比例差异较大, 变化范围在1.28%～10.26%之间; 在筛选后期（G7, G8和G9）世代间比例差异相对较小, 变化范围在5.13%～7.69%之间。结果说明, 吡虫啉的连续施用能够诱导褐飞虱基因组产生甲基化变异, 初步揭示甲基化在褐飞虱抗药性产生过程中参与了基因组的表达调控。     

Flight duration of the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidae)

ABSTRACT.

• 1 The brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål), is a major pest of rice in Asia. It is known to make wind-assisted migratory flights each year to colonize the summer rice growing areas of China, Japan and Korea.
• 2 Modelling windborne displacements between rice growing areas in Asia requires migratory behaviour and flight duration to be established for this insect.
• 3 Field and laboratory observations suggest that N. lugens take-off at dusk and that some continue flying for up to 24–26 h if the temperature is ≥ 17°C.
• 4 Trajectories for 10 m above ground level and 1.5 km above mean sea level are used to identify possible sources and, hence, to estimate the flight times of N.lugens caught in nets on ships on the East China Sea in 1973 and 1981.
• 5 Estimated flight times between the sources and the ships ranged from about 9 to 30 h.
• 6 Results suggest that long-distance migration can occur in surface winds, when they are strong, but that long-distance migration is more likely at 1.5 km.
• 7 When simulating windborne displacements of N.lugens, it can be assumed that in areas and at heights where the temperature is ≥ 17°C, some migrants will fly downwind for up to 30 h after a dusk take-off. Others will fly for shorter periods, giving the population as a whole the opportunity to colonize all the rice crops flown over.

     

诱导水稻抗褐飞虱的化学激发子筛选

【目的】化学激发子具有毒性低、不易产生抗药性等特点,因此开发基于化学激发子的害虫防控技术,能够降低农药的使用量,促进农业生产的可持续发展。本研究旨在筛选能够诱导水稻产生对褐飞虱Nilaparvata lugens抗性的化学激发子。【方法】将茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、水杨酸甲酯(MeSA)、油菜素内酯(BR)、苯甲酸苄酯(BB)、独脚金内酯(SLs)、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸(IBA)、草酸钠(SO)、硅酸钾(PS)和叶枯唑(Bis)12种化合物以根吸或叶鞘涂抹处理水稻,测定这些化合物处理水稻后褐飞虱的卵孵化率和24 h总产卵量。【结果】12种候选化合物中,仅茉莉酸甲酯、油菜素内酯和苯甲酸苄酯对褐飞虱卵孵化率和24 h总产卵量有显著影响。5 mg/L MeJA根吸处理水稻使褐飞虱的卵孵化率显著降低(达58.8%,降低了20.1%),而0.5 mg MeJA叶鞘涂抹处理水稻同时降低了褐飞虱的卵孵化率(达53.3%,降低了35.4%)和24 h总产卵量(达203.5粒/株,降低了15.6%),且其涂抹的浓度越高,褐飞虱的卵孵化率和24 h总产卵量越低。5 mg/L BR根吸处理水稻可以显著降低褐飞虱的卵孵化率(达59.5%,降低了22.1%),但是不影响褐飞虱的24 h总产卵量;褐飞虱的卵孵化率随BR处理浓度增高而降低,其浓度为20 mg/L时,褐飞虱的卵孵化率下降了41.8%。5 mg/L BB根吸处理水稻可以显著降低褐飞虱的24 h总产卵量(达100.3粒/株,降低了26.2%)。体外试验结果表明,MeJA和BR处理对褐飞虱卵孵化率无明显影响,说明两者对褐飞虱卵无直接毒害作用。【结论】化合物茉莉酸甲酯、油菜素内酯和苯甲酸苄酯可以提高水稻对褐飞虱的抗性,其中茉莉酸甲酯和油菜素内酯具有化学激发子的作用。     

Imidacloprid‐induced transference effect on some elements in rice plants and the brown planthopper Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae)

Abstract The widespread use of imidacloprid against insect pests has not only increased the rate of the development of target pest resistance but has also resulted in various negative effects on rice plants and Nilaparvata lugens resurgence. However, the effect of imidacloprid on elements in rice plants and the transference of these element changes between rice and N. lugens are currently poorly understood. The present study investigated changes of Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K, Mg and Na contents in rice plants following imidacloprid foliar sprays in the adult female of N. lugens that develops from nymphs that feed on treated plants and honeydew produced by females. The results indicated that imidacloprid foliar spray significantly increased Fe and K contents in leaf sheaths. Generally, Fe, Mn, K and Na contents in leaf blades were noticeably decreased, but Ca contents in leaf blades for 10 and 30 mg/kg imidacloprid treatments were significantly increased. The contents of most elements except K and Mg in the adult females and honeydew were significantly elevated. Multivariate statistical analysis showed that Fe, Mn and Na in leaf blades and Fe and Mn in leaf sheaths could be proportionally transferred to N. lugens. The relationship between most elements in adult female bodies and in the honeydew showed a positive correlation coefficient. There were significant differences in the contents of some elements in rice plants and N. lugens from different regions.