昆虫夏滞育的调控及其遗传基础

几十年来对昆虫夏滞育的研究不断深入 ,阐明了不少昆虫夏滞育的生态机理。目前 ,探讨其内在的机制已成为研究的方向。该文着重论述夏滞育的生理生化特征、夏滞育的调控及其遗传基础     

昆虫滞育持续时间的影响因子及其对滞育后生物学的影响

滞育持续时间(diapause duration)是昆虫的一种生理特性,它主要由特定环境条件下的滞育强度或滞育发育速率来决定,滞育强度或滞育发育速率通常以将滞育状态的昆虫转移至解除滞育的条件(如低温处理、光周期的转换)后,滞育消除所需时间的长短来衡量。文章系统综述昆虫滞育持续时间的影响因子及其对滞育后生物学的影响。     

昆虫滞育研究进展

首先对昆虫滞育的若干名词概念作出解释,按照滞育过程的阶段特点划分为3个时期:(1)滞育前期(包括滞育诱导和滞育准备);(2)滞育期(包括滞育进入、滞育维持和滞育解除);(3)滞育后期。然后重点介绍这3个阶段近期分子和细胞水平上的重要工作,对一些科学问题进行讨论。     

葱蝇非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹发育和形态特征比较

昆虫非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹具有不同的生理和发育过程。本研究以葱蝇Delia antiqua作为模式种, 以黑腹果蝇Drosophila melanogaster蛹的发育形态特征和命名为参照, 用解剖、 拍照、 长度测量和图像处理等方法系统地比较研究了非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹的发育历期和形态变化, 重点在头外翻和滞育相关发育和形态特征, 目的在于弄清非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹发育和形态特征差异, 为滞育发育阶段的识别、 滞育分子机理研究奠定形态学基础。冬滞育蛹的滞育前期、 滞育期和滞育后期分别为4, 85和27 d, 夏滞育蛹的滞育前期、 滞育期和滞育后期分别为2, 8和22 d。从化蛹至头外翻完成为滞育前期, 头外翻完成约10 h内复眼中央游离脂肪体可见。头外翻的完成是滞育发生的前提, 非滞育、 夏滞育和冬滞育蛹头外翻发生在化蛹后的48, 36和83 h, 在头外翻过程中发育形态没有差异。头外翻的过程为： 首先, 头囊和胸部附肢从胸腔外翻, 头部形态出现; 然后, 腹部肌肉继续收缩, 将血淋巴和脂肪体推进头部及胸部附肢。葱蝇蛹在完成蛹期有效积温约15%时进入冬滞育或夏滞育。在滞育期, 蛹的形态一直停留在复眼中央游离脂肪体可见这一形态时期, 且冬滞育和夏滞育的蛹在形态上没有区别。在体长、 体宽和体重上, 冬滞育蛹最大, 夏滞育蛹次之, 非滞育蛹最小。在滞育后期, 在黄色体出现期间, 非滞育蛹的马氏管清楚可见, 呈绿色, 而滞育蛹的马氏管几乎不可见。本研究为认知昆虫滞育生理、 从发育历期和形态上推断滞育发育进程提供了依据。     

大猿叶虫夏滞育的诱导：基于定量的光周期反应

为了探明大猿叶虫Colaphellus bowringi Baly夏滞育诱导的光周期时间测量特性, 我们通过室内实验系统比较了该虫在25℃、 不同长光照条件下,夏滞育的发生以及诱导50%个体进入夏滞育所需求的光 暗循环数。结果表明：不同长光照诱导的夏滞育比率有显著差异, 其中15 h或16 h光照诱导的滞育比率最高, 短于或长于这两个光照其滞育率均明显下降。在不同光 暗循环实验中, 14 h诱导的滞育比率均低于50%, 诱导50%个体进入夏滞育所需求的光 暗循环数在L15∶D9, L16∶D8, L17∶ D7和L18∶D6分别为2.61, 3.72, 4.64和5.92 d, 处理间存在显著差异。这些结果提示该虫夏滞育的诱导是基于定量的光周期反应。     

昆虫滞育的研究进展

对于大多数昆虫种群,滞育是一个生长发育过程中的选择,生物体具有识别周围环境改变的能力,通过调节昆虫自身内分泌机制,进而决定是否进入滞育状态。滞育可以发生在昆虫生命过程中的任何时期,其中卵期是最适昆虫滞育的时期之一。本文综述昆虫滞育,特别是卵滞育的研究,主要集中在以下方面：个体生态学、环境生理学、内分泌学、生物化学和分子生物学。     

昆虫延长滞育的研究

持续时间达1年以上的滞育,称为延长滞育,延长滞育的诱导、维持、解除均不同于简单滞育(滞育期短于1年)。本论文系统阐述了昆虫延长滞育的类型、滞育诱导及解除的环境因子、延长滞育物候学和生物学特性,延长滞育的遗传学及延长滞育的生态学意义。延长滞育是昆虫生活史的重要组成部分,是一种普遍现象。     

昆虫滞育后的生物学特性

从昆虫滞育后性比、寿命、生殖力和重复滞育等方面对昆虫滞育后的生物学特性进行了概括,并分析了影响昆虫滞育后生物学特性数量表达的因子。这些因子包括:(1)滞育前昆虫的发育速率、取食行为和个体大小;(2)滞育期间的环境条件及昆虫取食行为;(3)滞育持续期;(4)滞育后的取食需求;以及(5)滞育后的温度和光周期。     

多组学分析在昆虫滞育中的应用

组学技术将生物的相关问题分别展现在基因、蛋白质和代谢物等不同层次水平上,已成为解读生命过程的重要工具。本文分别从转录组学、蛋白质组学、代谢组学以及组学间的联合应用等方面概括总结了组学技术在昆虫滞育研究中的应用情况,阐述了以转录组学、蛋白质组学和代谢组学为代表的多组学技术在昆虫滞育调控分子机制中取得的重要成果,并针对当前研究现状,对昆虫滞育中组学技术应用的前景和局限性进行了总结和展望,以期为昆虫滞育调控分子机制的研究提供参考依据。     

关于昆虫休眠和滞育的关系之浅见

本文简要介绍描述昆虫生长发育中断现象的名词术语的由来、目前文献中常见的几个术语的含义以及作者对这些术语之间关系的理解     

Summer decline in populations of the yellow dung fly: diapause or quiescence?

Abstract. Yellow dung fly ( Scathophaga stercoraria (L.)) populations on cow pastures in Central Europe usually show a characteristic summer decline in fly numbers. This has been related to their sensitivity to hot temperatures, but where and in what state the flies spend the summer has remained unclear. Field enclosure experiments revealed no evidence for survival over summer in the pupal stage, as adults never emerged in early autumn from eggs laid in late spring. Laboratory and field evidence shows instead that adults acclimatize physiologically by suppressing reproduction in favour of accumulating lipid (but not glycogen) reserves. Apparently they spend the summer in cooler, forested areas close to the pastures. As reproduction is not entirely shut down, it is suggested that this represents quiescence rather than diapause. Presumably this increases the survival of the flies during the hottest time of the season, and appears to be a flexible life-history strategy, particularly for late-born spring generation individuals.     

滞育昆虫营养物质的积累、转化与调控

滞育是昆虫度过不良环境的一种生存适应策略,营养物质的利用、积累和转化影响昆虫的滞育。滞育期间,昆虫体内发生一系列生理生化变化,包括脂类、碳水化合物和氨基酸等内源营养物质呈特异性地积累或转化,保障了滞育个体在逆境中存活及滞育解除后发育的能量需求。外源营养物质对昆虫滞育的影响较复杂,其种类、丰度、质量能通过"食料-寄主-天敌"营养关系进行传递,影响昆虫体内营养物质的积累和转化,改变昆虫的耐寒性、滞育率等,制约昆虫的滞育深度、滞育存活率。滞育昆虫营养物质积累、利用机制复杂多样,胰岛素信号通路-叉头转录因子以及激脂激素的调控效应在滞育诱导及营养物质转化中起到了关键的调控作用,但滞育的系统性调控仍需进一步深入研究。     

沙葱萤叶甲成虫不同夏滞育阶段的转录组分析(英文)

【目的】本研究旨在揭示内蒙古草原新害虫沙葱萤叶甲Galeruca daurica专性夏滞育相关的重要基因以及代谢通路。【方法】应用RNA-Seq技术,对沙葱萤叶甲成虫不同夏滞育阶段［滞育前期(PD)、滞育期(D)及滞育后期(TD)］进行转录组测序、分析及基因功能预测,基于RNA-Seq数据筛选夏滞育不同阶段差异表达基因;利用qPCR对基于RNA-Seq数据筛选的10个差异表达基因的表达水平进行验证。【结果】从9个文库中获得202 770 198 clean reads,将12 078 060条转录本组装获得82 292 条unigene,平均长度为783.59 bp,N50为1 545 bp。沙葱萤叶甲D vs PD和TD vs D 比较组分别有2 395(2 119上调和277下调)和62(59上调和3下调)个差异基因。KEGG分析表明,D vs PD和TD vs D比较组差异表达基因分别显著富集于糖孝解/糖异生通路和脂肪酸生物合成通路;此外,许多与钙离子信号转导相关的基因在滞育期间差异表达。10个差异表达基因的qPCR分析表明,RNA-Seq与qPCR结果高度一致。【结论】糖孝解/糖异生、脂肪酸生物合成及钙离子信号通路可能在沙葱萤叶甲滞育调节中起着重要的作用。本研究为进一步研究沙葱萤叶甲成虫专性夏滞育的分子机理奠定了基础。     

Reversible change in embryonic diapause intensity by mild temperature in the Chinese rice grasshopper, Oxya chinensis

The effects of temperature on maintenance and termination of embryonic diapause were investigated in Jining (35.4°N, 116.6°E) and Sihong (33.5°N, 118.2°E) strains of the Chinese rice grasshopper, Oxya chinensis Thunberg (Orthoptera: Catantopidae). Eggs of both strains entered diapause when incubated at 30, 25, or 20 °C. Chilling at 8 °C had an evident effect on diapause termination and almost all eggs chilled for 60 days ended diapause development. Chilling of eggs at 8 °C for only 20 days failed to result in any hatching at 20 °C, suggesting that such level of chilling was not enough to induce diapause termination. However, the treatment combining incubation of eggs at 30 °C for varying lengths of time with subsequent incubation to 20 °C had a distinct effect on the completion of diapause of the eggs. The results indicate that there were two temperature optima, that is, low temperature (chilling) and high temperature, for diapause development in this grasshopper species. Incubation of chilled eggs at 20 °C for 5–15 days followed by further incubation at 25 °C reduced termination of diapause significantly compared with the eggs only chilled at 8 °C. Exposure of eggs chilled at 8 °C to a pulse of 25 °C from 1 to 7 days, separated by a 20-day interval at 8 °C, resulted in a decrease in the percentage of successfully hatched eggs as the length of the pulse of 25 °C increased. The results suggest that diapause intensity may be restored at moderately high temperatures. This reversible change in diapause intensity would play an important role in maintaining diapause before winter.