两种色型黄粉虫抗冻蛋白cDNA克隆、序列分析与表达分析

产生抗冻蛋白(antifreeze proteins, AFPs)是大多数昆虫抵抗低温的一个重要策略。为给黄粉虫Tenebrio molitotr耐寒机理研究提供参考, 本研究采用RT-PCR、 5′ RACE和3′ RACE法克隆了黄、 黑两种色型黄粉虫幼虫的抗冻蛋白基因Tm-afp, 分析了其基因序列及所编码的氨基酸序列, 并检测了其在这两种色型间的mRNA水平差异。结果表明： 从黄、 黑两种色型黄粉虫幼虫克隆出的Tm-afp cDNA全长分别为579 bp和588 bp, 它们包含一个20 bp的5′端非翻译区、 一个402 bp的开放阅读框和一个变异较大的3′ 端非翻译区, 其碱基序列一致性为95%。由于这两个抗冻蛋白基因编码的蛋白成熟肽存在两个氨基酸差异： 第35位（D→E）和130位（T→S）, 因此将其判定为黄粉虫抗冻蛋白基因Tm-afp的两个异构体, 并分别命名为Tm-afp-1和Tm-afp-2。Tm-afp-1和Tm-afp-2编码的抗冻蛋白异构体（分别为Tm-afp-1和Tm-afp-2 ）信号肽之间有3个氨基酸差异： 第2位（G→A）、 9位（S→T）和27位（Y→N）; 其成熟肽的第一个氨基酸为谷氨酰胺, 含8个高度保守的12 aa短串联重复序列, 每个重复序列的第2位和第8位为半胱氨酸。此外, Tm-afp-1和Tm-afp-2均属富含苏氨酸和半胱氨酸的昆虫抗冻蛋白, 其二级结构均由大量的β-折叠和无规则卷曲组成, 三级结构为8个特殊的右手β-螺旋, 每一圈螺旋由12个氨基酸组成; 在β-螺旋的一个侧面规则排列着由保守XCT形成的β折叠片层。同时, 低温可以诱导黄、 黑两种色型黄粉虫Tm-afp的表达, 但长时间低温诱导下黑色型黄粉虫幼虫的Tm-afp表达量显著高于黄色型黄粉虫幼虫Tm-afp表达量。结果提示, 黄粉虫种内不同色型间, 抗冻蛋白基因Tm-afp可能存在多种异构体, 并且黑色型黄粉虫Tm-afp比黄色型黄粉虫Tm-afp对低温的应答更强烈。这一研究结果为进一步探索黄粉虫的耐寒性机理提供了有益参考。     

柑橘全爪螨酚氧化酶原激活酶基因cDNA克隆及生物信息学分析

酚氧化酶原激活酶(prophenoloxidase activating enzyme,PPAE)是酚氧化酶激活系统(prophenoloxidase activating system,PPO-AS)的组成部分,是无脊椎动物抵御入侵微生物的关键酶。本研究利用RACE技术从柑橘全爪螨Panonychus citri(McGergor)体内获得一条PPAE基因全长cDNA,命名为PcPPAE(GenBank:KC136292),属于丝氨酸蛋白酶家族。该基因cDNA全长1 676 bp,开放阅读框1 377 bp,编码458个氨基酸。该基因编码蛋白预测分子量为49.9 ku,理论等电点(pI值)为5.68,分子式为C2201H3467N607O678S22,不稳定系数为41.51,总亲水性系数为-0.268。经序列比对发现该基因具有发夹结构域,丝氨酸蛋白酶结构域,以及丝氨酸蛋白酶结构域中保守的催化三联体。系统发育分析表明该基因与二斑叶螨发夹结构丝氨酸蛋白酶基因的亲缘关系最近。本研究首次从柑橘全爪螨体内克隆获得酚氧化酶原激活酶,为后期进行柑橘全爪螨抵御微生物侵染机制研究奠定了基础。     

棉铃虫酚氧化酶原基因的克隆、序列分析和组织表达

利用RT-PCR和RACE方法,获得了棉铃虫Helicoverpa armigera酚氧化酶原(prophenoloxidase,PPO)基因一个亚型cDNA的完整序列。该序列全长2 405 bp,含有一个2 097 bp的开放阅读框,编码一个由698个氨基酸残基组成的蛋白质。推导的氨基酸序列与其他鳞翅目昆虫PPO2基因相应氨基酸序列有较高的同源性(76％～80％),同时该序列具有铜离子结合位点等PPO基因所具有的典型特征。组织特异性表达分析表明,该基因在棉铃虫血细胞、体壁和中肠中均有表达。     

野桑蚕酚氧化酶原基因cDNA的分子克隆及其特征

酚氧化酶在昆虫的免疫防御机制中起着重要作用。利用RT-PCR和RACE方法,克隆了野桑蚕酚氧化酶原基因,获得了其cDNA序列。该序列长2 134 bp,含有一个2 082 bp的完整开放阅读框,编码一个由693个氨基酸残基组成的蛋白质。推导的氨基酸序列与其他鳞翅目昆虫PPO2基因相应氨基酸序列有较高的同源性,该序列具有它们的PPO基因所共有的典型特征。组织特异性表达分析表明了该基因在野桑蚕5龄幼虫的血细胞、体壁、头部、精巢、卵巢、脂肪体和中肠等组织及其不同的发育阶段均有表达。这些结果为进一步研究野桑蚕酚氧化酶原基因的功能提供了分子基础。     

亚洲玉米螟幼虫酚氧化酶原基因序列的生物信息学分析

酚氧化酶原PPO是昆虫免疫的关键酶, 本文从生物信息学角度对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée幼虫PPO进行分析, 为进一步研究其高级结构与功能的关系提供理论依据。利用我们已提交到GenBank的数据, 采用在线分析及MEGA4和RasMol软件对亚洲玉米螟酚氧化酶原（Of-PPO）的核苷酸和氨基酸序列、系统发生关系和蛋白质三级结构进行分析。结果表明: Of-PPO全长cDNA序列有2 686 bp, 包含一个2 079 bp的开放阅读框, 其推导的693个氨基酸序列中包含6个组氨酸残基构成的2个铜离子结合位点, 以及保守的硫羟酸酯区域。Of-PPO属于PPO2类群, 其N端不含信号肽, 无跨膜结构域区域, 无糖基化位点, 44个磷酸化位点均匀分布于整个多肽链中, 有2段序列可能形成卷曲螺旋, 有5个区域的氨基酸具较强疏水性, 其二级结构中α-螺旋占22.54%, 随机卷曲占56.79%。同源建模显示其三级结构为“α/β型”中的“滚筒结构”, 存在一个明显的空位, 可能与该酶催化活性有关。本文可为Of-PPO的实验研究和应用开发提供有价值的信息。     

亚洲玉米螟酚氧化酶原的原核表达和性质分析

【目的】昆虫体内酚氧化酶原（PPO）是一种重要的天然免疫蛋白,参与昆虫的体液免疫和细胞免疫过程。本研究采用原核表达体系,大量表达可溶且具有活性的重组PPO蛋白,可用于各种酚氧化酶（PO）抑制剂的筛选,从而为创制抑制昆虫免疫系统的新型杀虫剂提供条件。【方法】利用从亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis 5龄幼虫体内克隆获得PPO基因,构建了pET-28b-PPO原核表达载体,在大肠杆菌Escherichia coli中重组表达了亚洲玉米螟PPO蛋白;采用Ni-NAT亲和层析柱快速纯化目的蛋白,进行了Western杂交鉴定;测定分析了重组PPO蛋白激活为PO后的酶学性质以及不同金属离子（Mg²⁺,Cu²⁺和Fe²⁺）对PPO二级结构的影响。【结果】融合蛋白PPO得到了表达和纯化。重组PPO蛋白激活为PO后最适反应温度为30℃,最适pH为7.2,以L-DOPA为底物时PO催化反应的V_max为140.8 U/mg·min,Km为2.96 mmol/L。Fe²⁺存在的情况下重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著增加至53.7%±4.6%,α-螺旋结构成分则显著下降至2.6%±1.2%（P<0.05）;有Mg2+存在的情况下,重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著下降,α-螺旋结构成分稍有上升。有Cu²⁺存在的情况下,重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著下降为10.0%±1.6%,而α-螺旋结构成分则上升至35.3%±6.9%。【结论】结果说明不同金属离子对重组PPO蛋白的二级结构有显著影响。     

黄粉虫热休克蛋白70基因的克隆、序列分析与表达（英文）

为给黄粉虫Tenebrio molitor抗逆机理研究提供理论依据, 本研究采用PCR和RACE法从黄粉虫幼虫中克隆出一个热休克蛋白70基因Tmhsp70, 并运用半定量RT-PCR法检测其在黄粉虫不同发育阶段的mRNA表达水平。结果表明： 克隆出的Tmhsp70 序列全长2 282 bp, 具有一个富含A的115 bp 5′ 非翻译区和一个1 935 bp的开放阅读框及一个富含A、 T的232 bp 3′-非翻译区。5′-非翻译区含有7个热休克元件nGAAn, 3′-非翻译区末端有长22 bp的Poly(A)尾。Tmhsp70编码的黄粉虫热休克蛋白（TmHSP70）具有3个典型的HSP70特征基序（IDLGTTYS, IFDLGGGTFDVSIL和IVLVGGSTRIPKIQQ）和1个胞质HSP70末端特征基序（EEVD）, 无信号肽和跨膜区域, 包含2个主要的结构域, 即： N-端42 kDa的高度保守ATPase功能域和C-端18 kDa的保守多肽结合功能域。ATPase功能域的三级结构由2个大球形亚功能域组成, 具有1个核苷酸结合中心; 多肽结合功能域形成1个双层4股β-折叠片样的三明治结构和2个α-螺旋, 内含1个多肽结合通道。此外, 黄粉虫Tmhsp70 mRNA的表达具有热激诱导和发育调控的特征。半定量RT-PCR分析表明, 42℃热激1 h的黄粉虫各发育阶段Tmhsp70 mRNA的表达量上升了1.4~26.9倍。25℃下1日龄黄粉虫蛹中的Tmhsp70 mRNA 表达量要高于其余各发育阶段的累积表达量; 42℃热激1 h 后90日龄幼虫中的Tmhsp70 mRNA 表达量最丰富, 既高于30日龄和60日龄幼虫中的累积表达量, 也高于15日龄和30日龄成虫中的累积表达量。这些结果为进一步研究黄粉虫热休克蛋白的结构、 功能和表达调控及其与抗逆性的关系奠定了基础。     

亚洲玉米螟幼虫体内酚氧化酶原激活蛋白酶cDNA片段的克隆与序列分析

为研究亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis (Guenée)幼虫体内酚氧化酶原激活蛋白酶（prophenoloxidase activating proteinase, PAP）表达调控的分子机理, 本研究根据不同昆虫酚氧化酶原激活蛋白酶基因序列的保守区域, 设计合成简并引物, 采用RT-PCR技术从亚洲玉米螟5龄幼虫中扩增出PAP的一段cDNA片段, 大小为509 bp, 编码169个氨基酸, 预测分子量为18.7 kD, 理论等电点(pI值)为5.1。该基因序列中含有丝氨酸蛋白酶样结构域中保守的催化三联体, 不含发夹结构域。BlastP分析结果表明: 该片段的氨基酸序列与烟草天蛾Manduca sexta PAP-3和冈比亚按蚊Anopheles gambiae发夹型蛋白B1的氨基酸序列一致性最高, 为47%; 与烟草天蛾PAP-2、家蚕Bombyx mori PPAE、 斜纹夜蛾Spodoptera litura PPAE-3、 蓖麻蚕Samia cynthia ricini PAP和黑腹果蝇Drosophila melanogaster丝氨酸蛋白酶7的氨基酸序列的一致性分别为45%, 45%, 44%, 43%和41%。构建系统发育树, 对其进化关系进行了初步分析, 结果显示: 亚洲玉米螟PAP与烟草天蛾PAP-3和斜纹夜蛾PPAE-3的亲缘关系较近, 与黑腹果蝇丝氨酸蛋白酶7和冈比亚按蚊发夹型蛋白B1的亲缘关系较远。这些结果说明克隆得到的cDNA片段为亚洲玉米螟幼虫PAP基因靠近羧基端的部分序列。     

口虾蛄proPO基因全长cDNA的克隆与组织表达

口虾蛄是海湾底拖网渔业中具有重要经济价值的种类,分布广泛.其自然资源日渐衰退,人工育苗技术获得成功后,口虾蛄养殖过程中病害问题及其防治应引起足够的重视.为此,拟通过分子生物学手段研究口虾蛄免疫系统的核心酶——酚氧化酶(PO)的分子结构及该基因的组织表达,从而在分子水平上深入探究其免疫机理.采用反转录PCR(RT-PCR)与cDNA末端快速克隆(RACE)技术从口虾蛄血细胞中克隆了酚氧化酶原(O-proPO)基因,cDNA全长为2436bp,其中开放阅读框为2142bp,编码713个氨基酸.预测分子量为82446Da,等电点(pI)为8.78.该基因与Genbank上登录的斑节对虾、凡纳滨对虾、罗氏沼虾、短沟对虾、日本对虾proPO基因序列具有较高的同源性,分别为82％、76％、76％、72％、70％.序列分析表明O-proPO为proPO家族中的一个成员,其氨基酸序列中含有多个免疫调节作用位点.系统进化分析显示O-proPO与十足目种类的proPO为同一分支的2个亚群,而后于丰年虫的proPO形成一分支.O-proPO基因表达具有组织特异性,在血淋巴和肠中表达,但在血淋巴中表达量明显高于肠.     

两种色型黄粉虫的生长发育、存活与饲料利用效率比较研究（英文）

黄粉虫Tenebrio molitor L.是一种重要的资源昆虫, 根据60日龄幼虫的体壁颜色, 通过连续12代的自然选育, 获得了黄、 黑2种色型黄粉虫。为进一步给黄粉虫优良品种培育提供科学的理论依据, 本实验首先对选育出的2种色型黄粉虫的生长发育、 存活及饲料利用效率进行了比较研究。结果表明： 2种色型黄粉虫的孵化率和化蛹率均约为83%和97%, 无显著差异; 但黄色型成虫的羽化率（♀：95%, ♂：91%）却明显高于黑色型成虫的羽化率（♀： 82%, ♂： 83%）。2种色型黄粉虫的卵和蛹历期均约为7 d和10 d, 亦无显著差异; 但黑色型幼虫较黄色型幼虫发育更快、 更整齐。黑色型幼虫共历经12~15龄, 黄色型幼虫历经12~17龄, 并且2种色型黄粉虫幼虫均以历经14龄居多, 历经14龄的黄、 黑2色型黄粉虫幼虫的比例分别为27%和53%。以14龄计, 黄、 黑2色型黄粉虫从卵至成虫的总历期分别为171 d和151 d。此外, 黄色型幼虫对饲料的平均利用效率明显高于同日龄黑色型幼虫, 黄色型幼虫的平均饲料消化率（AD）、 转化率（ECD）和利用率（ECI）分别为66.5%, 50.6%和33.6%, 而黑色型幼虫的平均饲料消化率（AD）、 转化率（ECD）和利用率（ECI）分别为62.1%, 46.8%和29.1%; 但2种色型黄粉虫同日龄幼虫的生长率和存活率差异不显著。综合上述结果可知, 黑色型黄粉虫较黄色型黄粉虫发育更快、 更整齐, 而黄色型黄粉虫对饲料的平均利用效率明显高于黑色型黄粉虫。这为进一步培育黄粉虫优良品种提供了有益参考。     

Management of entomopathogenic fungi in cultures of Tenebrio molitor (Coleoptera: Tenebrionidae)

Larvae of mealworms Tenebrio molitor L. (Coleoptera: Tenebrionidae) have been used as animal feed, but fungal pathogens rapidly downsize the populations, resulting in economic losses. In this work, we established an effective management strategy for fungal pathogens. An entomopathogenic fungus, Beauveria bassiana, was isolated from mealworm cadavers. The bioassay of some isolates of this species at >90% relative humidity revealed that the ERL1575 isolate had the highest virulence. At 20–30% RH, ERL1575 conidia when ingested produced 80% mortality but when sprayed topically produced only <10% mortality. Mealworms that had ingested conidia were exposed to 20, 25, 30 and 35°C and high humidity (>95%) for 5 days. This experiment produced about 90% mortality except at 35°C where mortality was <20%. When 40 fungicides were assayed against ERL1575, fluazinam (1000‐fold) and mancozeb (667‐fold) significantly inhibited conidial germination and/or hyphal growth. When fluazinam and mancozeb were added to the mealworm diet of conidia‐inoculated wheat bran, most were alive 3 days post application. However, 100% mortality resulted 3 days post application in the conidia‐inoculated wheat bran without any fungicides. In conclusion, B. bassiana isolates are pathogenic at <30°C when they are ingested by mealworms but fluazinam and mancozeb can be used for management to control the pathogen in their cultures.     

黄粉虫抗茵肽TmAMP3在大肠杆菌中的高效表达及活性检测

昆虫抗菌肽具有广谱抗菌活性,克隆黄粉虫Tenebrio molitor抗菌肽基因,进行原核表达和活性检测,为昆虫抗菌肽推广应用奠定一定基础.根据GenBank公布的黄粉虫抗菌肽序列设计特异引物,以RT-PCR法从黄粉虫体内克隆了抗菌肽基因TmAMP3,将其亚克隆至pET-30a表达载体中,转化到大肠杆菌Escheric...     

黄粉虫幼虫体壁硬化过程中酚氧化酶活性的变化

为研究酚氧化酶(PO)在昆虫蜕皮过程中的功能和作用, 采用微量测定法研究了黄粉虫Tenebrio molitor体壁硬化过程中血淋巴和表皮中的PO活性变化。结果表明：初蜕皮幼虫血淋巴中PO活性较高, 但随着体壁的不断黑化与硬化, 其活性呈现下降趋势, 在3～4 h内达到最低点, 而后PO活性逐渐上升, 7 h左右活性上升至最高, 并接近于正常幼虫的水平;在刚蜕完皮后的1 h内, 体壁中 PO活性基本无变化, 但随后即开始下降, 3 h左右降到最低点, 然后开始回升, 6~7 h左右恢复到正常水平, 并趋于稳定;以L-DOPA为底物, 通过双倒数曲线作图法求得黄粉虫血淋巴PO的Km＝1.176 mmol/L, 体壁PO的Km＝0.881 mmol/L, 表明体壁PO与底物L-DOPA的亲和力要高于血淋巴PO。研究表明两种来源的酚氧化酶均参与了黄粉虫幼虫的体壁硬化过程, 但在作用方式及与底物的亲和力方面存在差异。     

基于转录组数据高通量发掘黄粉甲微卫星引物（英文）

黄粉虫Tenebrio molitor作为理想的模式研究生物, 虽然已围绕该昆虫在多个研究领域开展了诸多研究, 但是有关其分子和遗传方面的研究仍知之甚少。为此, 本研究基于前期构建的黄粉甲转录组数据库, 成功发掘获得1 249个微卫星序列。其中, 单碱基或三碱基序重复列最多, 分别占44.44%和41.15%; A/T型重复序列出现频率最高, 占42.70%。除单核苷酸重复序列外, 重复单元的重复次数以5次最多, 占30.90%。基于鉴定获得的微卫星序列, 共设计获得1 004对微卫星引物, 而且每对引物还设计了5对替代引物。研究获得的微卫星引物将有助于今后开展黄粉甲功能和比较基因组学方面的研究。     

温度对黄粉虫幼虫生长发育及体液免疫防御能力的影响

【目的】探究饲养温度对黄粉虫Tenebrio molitor幼虫生长发育和体液免疫防御的影响。【方法】测定了不同温度（18, 22, 26和30℃）下饲养的黄粉虫幼虫的发育历期、蛹重、化蛹率;采用抑制区分析法测定了不同温度下饲养的免疫（用生理盐水将大肠杆菌Escherichia coli配制成1×104个菌体/μL悬浮液,用微量注射器将其注入虫体腹部的背面,每头幼虫注射1 μL）和非免疫(注射生理盐水)黄粉虫幼虫血淋巴的抑菌和溶菌酶活性,通过分光光度法测定了其酚氧化酶活性。【结果】结果显示,黄粉虫幼虫发育历期随饲养温度的上升而明显缩短（P<0.0001）,而不同温度下蛹重（P=0.067）与化蛹率（P=0.869）差异不显著。免疫组黄粉虫幼虫血淋巴的抑菌、酚氧化酶和溶菌酶活性随饲养温度上升而降低：抑菌和酚氧化酶活性随温度变化差异极显著（P<0.0001）,溶菌酶活性差异显著（P=0.013）。【结论】本研究结果表明,温度对黄粉虫的生长发育和免疫防御具有较大的影响,低温下黄粉虫幼虫的发育历期延长,但其体液免疫防御能力明显增强。     

黄粉虫胰蛋白酶样酶基因TMTLSP全长cDNA的克隆和序列分析

以黄粉虫(Tenebrio molitor)幼虫全RNA逆转录得到的cDNA为模板,参照地鳖（Eupolyphaga sinensis）纤溶酶（fibrinolytic enzyme）简并引物,进行温度梯度PCR．以得到的扩增产物为基础,采用RACE得到基因全长cDNA,命名为黄粉虫胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶(Tenebrio molitor trypsin-like serine protease,TMTLSP)．TMTLSP全长869 bp(GenBank No. JN662461),开放阅读框为777 bp,编码258个氨基酸,并具有蛋白酶样特有的起始位点、活性中心预计底物结合位点．经过比对分析,该基因编码的氨基酸序列与赤拟谷盗、谷蠹、光亮扁角水虻、美洲大蠊等多种昆虫的胰蛋白酶或丝氨酸蛋白酶有较高的相似性．本研究将为胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶的提取及研究提供更为广泛的材料及研究依据．